JPH11186571A - Non-monocrystalline photosemiconductor, its manufacturing method and electrophotographic photosensor - Google Patents

Non-monocrystalline photosemiconductor, its manufacturing method and electrophotographic photosensor

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JPH11186571A
JPH11186571A JP9351818A JP35181897A JPH11186571A JP H11186571 A JPH11186571 A JP H11186571A JP 9351818 A JP9351818 A JP 9351818A JP 35181897 A JP35181897 A JP 35181897A JP H11186571 A JPH11186571 A JP H11186571A
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optical semiconductor
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make an infrared absorption spectrum not to change, even if a nitrogen based III-V compound semiconductor is left as it is, in the outer atmosphere for a long-term period by a method wherein a coupling state of an element included in a film and hydrogen is controlled therein. SOLUTION: The ratio of the degree of extinction between an absorption peak showing coupling of nitrogen and hydrogen of an infrared absorption spectrum of a non-monocrystalline photosemiconductor and an absorption peak showing the coupling of carbon and hydrogen is 3 or more, and the ratio of the degree of extinction between an absorption peak showing coupling of nitrogen and hydrogen and an absorption peak showing coupling of a III element and hydrogen is made 0.05 or more. The ratio of the degree of extinction between an absorption peak showing the coupling of III group element and nitrogen and an absorption peak showing the coupling of the III group element and hydrogen is 1.5 or more, and the absorption peak is an absorption band of a unitary form, and a halfvalue width of the absorption peak is set to 250 cm or less. By satisfying these conditions, even if the semiconductor is left standing as in the air for a long-term period, the infrared absorption spectrum is made not to change.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、エレクトロニクス
用の光半導体に関し、詳細には、新規にして優れた光半
導体に適する非単結晶光半導体およびその製造方法並び
にこの非単結晶光半導体を用いた光半導体素子に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical semiconductor for electronics, and more particularly, to a new non-single-crystal optical semiconductor suitable for an excellent optical semiconductor, a method of manufacturing the same, and a method using the same. The present invention relates to an optical semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体受光素子用の光電変換部材
として、非晶質や微結晶の非単結晶光半導体が使用され
ている。たとえば、セレン、テルルなどの非晶質カルコ
ゲナイド化合物が、撮像管、受光素子、電子写真感光体
などに広く用いられている(オーム社、「アモルファス
半導体の基礎」)。また、近年では、水素化アモルファ
スシリコンが、太陽電池、イメージセンサー、Thin Fi
lm Transistor、電子写真感光体などに用いられてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, an amorphous or microcrystalline non-single-crystal optical semiconductor has been used as a photoelectric conversion member for a semiconductor light receiving element. For example, amorphous chalcogenide compounds such as selenium and tellurium are widely used in image pickup tubes, light receiving elements, electrophotographic photoreceptors, and the like (Ohm, “Basics of amorphous semiconductors”). In recent years, hydrogenated amorphous silicon has been used in solar cells, image sensors,
Used for lm Transistor, electrophotographic photoreceptor, etc.

【0003】しかしながら、非晶質カルコゲナイド化合
物や水素化アモルファスシリコンから形成される従来の
非単結晶光半導体には種々の問題があった。非晶質カル
コゲナイド化合物は、熱に対して不安定で結晶化が起こ
り易く使用できる条件が限られており、価電子制御がで
きないなどの欠点があった。また、水素化アモルファス
シリコンでは、価電子制御は可能であり、pn接合や界
面での電界効果などが実現でき、耐熱性も250℃程度ま
であるが、強い光により光導電性が劣化する現象があり
(Staebler-Wronski効果:応用物理ハンドブックな
ど)、たとえば、太陽電池の効率が使用中に低下する問
題がある。さらに非晶質や微結晶シリコンのband gapは
約1.7eV から1.5eV 程度であり太陽光の光を有効に利用
するためや活性領域へ十分な光が到達できるようにGeや
Cを加えることによってband gapを狭めたり広めたりす
ることができるが, これらの元素を加えて3eV 程度変化
させても光導電特性が大きく劣化し、広い範囲の光を有
効に利用できないという問題があった。また、GeやC等
の元素を含む半導体はその結晶が間接遷移型であり、発
光素子に用いることができず、用途が限られていた。
However, conventional non-single-crystal optical semiconductors formed from an amorphous chalcogenide compound or hydrogenated amorphous silicon have various problems. Amorphous chalcogenide compounds are unstable with respect to heat, are easily crystallized, have limited conditions for use, and have drawbacks such as inability to control valence electrons. In addition, in hydrogenated amorphous silicon, valence electrons can be controlled, a pn junction and an electric field effect at the interface can be realized, and the heat resistance is up to about 250 ° C. Yes (Staebler-Wronski effect: Applied physics handbook, etc.), for example, there is a problem that the efficiency of the solar cell is reduced during use. Furthermore, the band gap of amorphous or microcrystalline silicon is about 1.7 eV to 1.5 eV, and it is necessary to add Ge and C so that sunlight can be used effectively and sufficient light can reach the active region. Although the band gap can be narrowed or widened, even if these elements are added and changed by about 3 eV, there is a problem that the photoconductive property is greatly deteriorated and light in a wide range cannot be used effectively. Further, a semiconductor containing an element such as Ge or C has a crystal of an indirect transition type, cannot be used for a light-emitting element, and has a limited use.

【0004】また、近年地球の環境問題の最大の問題の
一つとしてオゾン層の破壊による地上での紫外線量の増
加があげられる。このため、明るい場所でも紫外線量が
測定できるいわゆるソーラーブラインド型の紫外線受光
素子が望まれている。[M.Razeghi and A.Rogalski,J.Ap
pl.Physics,79(1996)7466]。さらに、季節変動や気象変
動などの影響もふくめ全波長全体光量との割合において
簡易に測定できる波長分離受光素子が望まれているが、
高感度で、低暗電流で高速応答でき、かつ湿度温度など
の耐候性にすぐれたものはなかった。また、従来、測色
素子においては光半導体が広く用いられているが、例え
ば、Siなどでは短波長の感度が著しく低下し、紫外領域
などではシンチレーション等の方法を取ることが必要に
なり構成が複雑になるという問題があった。
In recent years, one of the greatest environmental problems on the earth is an increase in the amount of ultraviolet rays on the ground due to destruction of the ozone layer. For this reason, what is called a solar blind type ultraviolet light receiving element capable of measuring the amount of ultraviolet light even in a bright place is desired. [M. Razeghi and A. Rogalski, J. Ap
pl.Physics, 79 (1996) 7466]. Furthermore, a wavelength-separated light-receiving element that can easily measure the ratio to the total light amount of all wavelengths, including the effects of seasonal fluctuations and weather fluctuations, is desired.
None of them had high sensitivity, could respond at high speed with low dark current, and had excellent weather resistance such as humidity and temperature. Conventionally, optical semiconductors are widely used in colorimetric devices.For example, the sensitivity at short wavelengths is significantly reduced in Si and the like, and it is necessary to take a method such as scintillation in the ultraviolet region or the like. There was a problem that it became complicated.

【0005】一方、III-V族化合物半導体の多くは、直
接遷移型半導体に属し、光吸収係数が大きく、またバン
ドギャップが組成により変化できるという特徴を有して
いる。特に、窒素系の化合物は、InNの1.9 eVからGaN
の3.2 eVまで、またAlNの6.5 eVまでと、紫外領域から
可視領域まで広くバンドギャップを変えることができ
る。そこで、バンドギャップを自由に設定できる非単結
晶光半導体として、III-V族化合物からなる非単結晶光
半導体、特に、窒素系のIII-V族化合物からなる非単結
晶光半導体に期待が寄せられている。
On the other hand, most of the III-V group compound semiconductors belong to direct transition type semiconductors, and have a characteristic that the light absorption coefficient is large and the band gap can be changed by the composition. In particular, the nitrogen-based compound is GaN eGaN from 1.9 eV.
Up to 3.2 eV, and up to 6.5 eV of AlN, the band gap can be changed widely from the ultraviolet region to the visible region. Therefore, as a non-single-crystal optical semiconductor whose band gap can be freely set, a non-single-crystal optical semiconductor composed of a III-V compound, particularly a non-single-crystal optical semiconductor composed of a nitrogen-based III-V compound is expected. Have been.

【0006】しかしながら、窒素系のIII-V族化合物半
導体は、一般に、基板としてサファイア基板、GaAs基
板、SiC基板を用いて結晶成長させているが、これらの
基板は高価であるとともに、格子常数がこれらの半導体
とは適合しないため、そのままで結晶成長させることが
できず、バッファ層の挿入や基板の窒化処理などが行わ
れている。 この結晶成長は、通常800-1100℃の温度で
おこなわれているが、このような高温に適合する材料が
限られるとともに、基板用バルク結晶の大きさがかぎら
れ任意の大面積の膜が得られないという問題があった。
また、光の入出力用材料としては光の透過性が不十分な
ものが多く、また、光の透過性が良いものは絶縁性であ
るという問題があった。このため、比較的面積の大きい
二次元デバイスには非晶質や微結晶材料が適している
が、III-V族化合物の非単結晶材料はN系も含め、光導
電性材料として、実用上使用できるものは、従来、得ら
れていなかった。
However, nitrogen-based III-V compound semiconductors are generally grown using sapphire, GaAs and SiC substrates as substrates, but these substrates are expensive and have a lattice constant. Since they are not compatible with these semiconductors, crystal growth cannot be performed as they are, and a buffer layer is inserted or a substrate is nitrided. This crystal growth is usually performed at a temperature of 800-1100 ° C. However, materials compatible with such high temperatures are limited, and the size of the bulk crystal for the substrate is limited, so that a film with an arbitrary large area can be obtained. There was a problem that can not be.
In addition, many light input / output materials have insufficient light transmissivity, and materials having good light transmissivity are insulative. For this reason, amorphous or microcrystalline materials are suitable for two-dimensional devices having a relatively large area, but non-single-crystal materials of III-V compounds, including N-based materials, are practically used as photoconductive materials. What can be used has not been obtained so far.

【0007】従来、非単結晶のIII-V族化合物は、製造
温度を、結晶作製する場合(600-1000℃)よりも低い温
度に設定することによって得られている。具体的には、
III-V族化合物結晶膜は、III-V族結晶の蒸着やスパッ
ターによって、あるいは、III 族金属を原子状としたも
のとV族元素を含む分子や活性分子との反応によって
[H.Reuter,H.Schmitt,M.Boffgen,Thin Solid Films,254
(1995)94]、あるいは、III 族金属を含む有機金属化合
物とV族元素を含む化合物を用いて、いわゆる有機金属
CVD(MOCVD)法によって、加熱した基板上に作
製されているが、非単結晶のIII-V族化合物は、これら
の方法において、基板温度を、結晶作製する場合(600-
1000℃)よりも低い温度に設定することによって得られ
ている。
Hitherto, non-single-crystal III-V compounds have been obtained by setting the production temperature to a temperature lower than that for producing crystals (600-1000 ° C.). In particular,
The group III-V compound crystal film is formed by vapor deposition or sputtering of a group III-V crystal, or by a reaction between an atomized group III metal and a molecule containing a group V element or an active molecule.
[H. Reuter, H. Schmitt, M. Boffgen, Thin Solid Films, 254
(1995) 94] Alternatively, it is manufactured on a heated substrate by a so-called organometallic CVD (MOCVD) method using an organometallic compound containing a group III metal and a compound containing a group V element. In these methods, the group III-V compound of the crystal is used to adjust the substrate temperature in the case of producing the crystal (600-
(1000 ° C).

【0008】しかしながら、原料に結晶を用いスパッタ
ーで作製する方法では、膜中の欠陥が多く、光導電性が
不良であり、また、MOCVD法では、非晶質化するた
めに低温成膜が必要であり、有機金属からの炭素が膜中
に残ったり、膜中欠陥準位が多い等の問題があり、光導
電材料として機能できる非単結晶のIII-V族化合物半導
体は得られていなかった[H.Reuter,H.Schmitt,M.Boffge
n,Thin Solid Films254,94(1995)]。
[0008] However, the method in which a crystal is used as a raw material and which is produced by sputtering has many defects in the film and poor photoconductivity, and the MOCVD method requires low-temperature film formation in order to be amorphous. There is a problem that carbon from the organic metal remains in the film or there are many defect levels in the film, and a non-single-crystal III-V compound semiconductor that can function as a photoconductive material has not been obtained. [H.Reuter, H.Schmitt, M.Boffge
n, Thin Solid Films 254, 94 (1995)].

【0009】一方、非晶質アモルファスシリコンは、水
素化されることによってバンド間の欠陥準位密度が低下
し、価電子制御が可能になることが知られている。さら
に、結晶のIII-V族化合物半導体の欠陥に対する水素の
役割については多く調べられており、(1) 結晶転位欠陥
が改善されること[Y.Okada,S.Ohta,H.Shimomura,A.Kawa
bataand M.Kawabe,J.J.Appl.Phys.,32,L1556(1993)]、
(2) 表面酸化膜との界面欠陥が改善されること[Y.Chan
g,W.Widdra,S.I.Yi,J.Merz,W.E.WeinBerg and E Hu,J.V
ac.Sci.Tech.B12.2605(1994)]、(3) n+ -p 接合面が改
善されること[S.Min,W.C.Choi,H.Y.Cho,M.Yamaguchi,Ap
pl.Phys.Lett 64,1280 (1994)]、(4) 格子不整合による
欠陥が改善されること[B.Chatterjee,S.A.Ringel,R.Sie
g,R.Hoffman and I.Weinberg,Appl.Phys.Lett 65,58(19
94)]、(5) 結合欠陥をパッシベーションすること、など
が分かっている。これら結晶のIII-V族化合物半導体の
欠陥に対する水素の役割、および、結晶シリコンからア
モルファスシリコンにしたときのバンド間の欠陥準位密
度が増大の問題を、水素化によって解決した事実から、
非結晶のIII-V族化合物半導体においても、水素化の効
果が期待できる。
[0009] On the other hand, it is known that amorphous amorphous silicon is hydrogenated to reduce the density of defect states between bands, thereby enabling valence electron control. Furthermore, many studies have been made on the role of hydrogen on defects in III-V compound semiconductors in crystals. (1) Improvement of crystal dislocation defects [Y. Okada, S. Ohta, H. Shimomura, A. Kawa
bataand M. Kawabe, JJAppl. Phys., 32, L1556 (1993)],
(2) Improvement of interface defects with the surface oxide film [Y.
g, W.Widdra, SIYi, J.Merz, WEWeinBerg and E Hu, JV
ac.Sci.Tech.B12.2605 (1994)], (3) Improvement of n + -p junction surface [S.Min, WCChoi, HYCho, M. Yamaguchi, Ap
pl.Phys. Lett 64,1280 (1994)], (4) Improvement of defects due to lattice mismatch [B. Chatterjee, SARingel, R. Sie
g, R. Hoffman and I. Weinberg, Appl. Phys. Lett 65, 58 (19
94)] and (5) Passivation of bonding defects. From the fact that hydrogen has solved the problem of the role of hydrogen on the defects of III-V compound semiconductors in these crystals and the increase in the density of defect states between bands when crystalline silicon is changed to amorphous silicon,
The effect of hydrogenation can also be expected in amorphous III-V compound semiconductors.

【0010】水素を含む非晶質のIII-V族化合物半導体
に関しては、H2との反応性蒸着法で水素化した水素化a-
GaPの光導電性が報告され[M.Onuki,T.Fujii and H.Kub
ota,J.non-Cryst,Solids,114,79 2(1989)]、また、水素
化a-GaAsの光導電性も報告されている[V.Coscia,R.Murr
i,N.Pinto,L.Trojani,J.Non.Cryst.Solid,194(1996)10
3] 。しかし、これらの半導体では、明暗抵抗比は2桁
程度で小さく、また、半導体材料として実用上必要なp
n制御ができないという問題があった。また、非晶質材
料や微結晶材料の非単結晶III-V族化合物半導体の欠陥
を水素によりパッシベーションしたものとしては、III
族の原料として有機金属化合物を使用したプラズマCV
D法によって、水素を含む微結晶膜のGaNが得られてい
るが、光導電性を示さず、絶縁性であった[J.Knights a
nd R.A.Lujan,J.Appl.Phys.,42(1978)1291] 。また、プ
ラズマCVD法によって作製した水素化非晶質GaAsにつ
いても10%程度の微小の光導電性しかなく実用には程遠
いものであった[Y.Segui,F.Carrere and A.Bui,Thin So
lid Films,92(1982)303.] 。さらに、この水素の導入に
より、膜中でIII 族原子とV族原子とが結合して非単結
晶化することによって生ずる未結合手のパッシベーショ
ンが期待できるが、水素原子との結合形態や水素の含有
量が多い場合には、得られた膜が空気に対して敏感に反
応し、酸化反応が起こりやすいという問題があった。
[0010] With respect to the amorphous group III-V compound semiconductor containing hydrogen, hydrogenation hydrogen with reactive evaporation method with H 2 a-
The photoconductivity of GaP was reported [M. Onuki, T. Fujii and H. Kub
ota, J. non-Cryst, Solids, 114, 792 (1989)], and the photoconductivity of hydrogenated a-GaAs has also been reported [V. Coscia, R. Murr.
i, N.Pinto, L.Trojani, J.Non.Cryst.Solid, 194 (1996) 10
3] However, in these semiconductors, the light-dark resistance ratio is as small as about two orders of magnitude, and the p.
There was a problem that n control could not be performed. Non-single-crystal III-V compound semiconductors made of an amorphous material or a microcrystalline material, which are passivated with hydrogen, may be made of III.
CV using organometallic compound as group material
Although the GaN of the microcrystalline film containing hydrogen was obtained by the D method, it did not show photoconductivity and was insulative [J. Knights a
nd RALujan, J. Appl. Phys., 42 (1978) 1291]. Hydrogenated amorphous GaAs produced by the plasma CVD method has only a small photoconductivity of about 10% and is far from practical use [Y. Segui, F. Carrere and A. Bui, Thin So
lid Films, 92 (1982) 303.]. In addition, the introduction of hydrogen can be expected to passivate dangling bonds caused by the non-single crystallization due to the bonding between group III atoms and group V atoms in the film. When the content is large, there is a problem that the obtained film reacts sensitively to air, and an oxidation reaction easily occurs.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明の第1の目的
は、このような非晶質や微結晶の非単結晶III-V族化合
物半導体の欠点を改善し、アモルファス半導体における
水素の役割を生かし、優れた光導電特性、高速応答性で
あり、経時変化が少なく耐環境特性および耐高温性を有
し、光学的に活性であり、かつ、安価な新しいオプトエ
レクトロニクス材料として好適な非晶質光半導体を提供
することにある。本発明の第2の目的は、また紫外領域
から可視全域での高変換効率で光電変換が可能な半導体
受光素子を提供することにある。本発明の第3の目的
は、広範囲の光学ギャップが自由に選べ、優れた光導電
特性と高速応答性かつ耐環境特性や耐高温度特性を有し
大面積で安価な新しいオプトエレクトロニクス材料とな
りえる新規の非晶質や微結晶の非単結晶光半導体を用い
た半導体素子を提供することにある。本発明の第4の目
的は、上記の特性を有する非晶質や微結晶の非単結晶光
半導体を安全に製造でき、かつ、低コストで製造するこ
とができる非単結晶光半導体の製造方法を提供すること
にある。
A first object of the present invention is to improve the disadvantages of such amorphous or microcrystalline non-single-crystal group III-V compound semiconductors and to improve the role of hydrogen in amorphous semiconductors. Taking advantage of its excellent photoconductive properties, high-speed response, environmental resistance and high temperature resistance with little change over time, optically active, and amorphous, suitable as a low-cost new optoelectronic material It is to provide an optical semiconductor. A second object of the present invention is to provide a semiconductor light receiving element capable of performing high-efficiency photoelectric conversion in the entire range from the ultraviolet region to the visible region. A third object of the present invention is to provide a new optoelectronic material having a large area and a low cost, which can freely select a wide range of optical gaps, has excellent photoconductive properties, high-speed response, environmental resistance and high temperature resistance. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device using a novel amorphous or microcrystalline non-single-crystal optical semiconductor. A fourth object of the present invention is to provide a method for manufacturing a non-single-crystal optical semiconductor which can safely produce an amorphous or microcrystalline non-single-crystal optical semiconductor having the above characteristics and can be manufactured at low cost. Is to provide.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、アモルフ
ァスシリコン半導体における水素化の手法に着目し、従
来の非晶質あるいは微結晶III-V族化合物半導体の光電
子材料としての欠点の改善について、鋭意検討した結
果、窒素系III-V族化合物半導体において、膜中に含ま
れる元素と水素の結合状態を制御することによって、こ
れら欠点が改善できることを見い出し、本発明を完成す
るに至った。すなわち、本発明の非単結晶光半導体は、
少なくとも水素と周期律表におけるIII 族元素と窒素と
を含む非単結晶光半導体であって、該非単結晶光半導体
の赤外吸収スペクトルの、窒素と水素との結合を示す吸
収ピーク(N-H) と、炭素と水素との結合を示す吸収ピー
ク(C-H) との、吸光度の比IN-H /IC-H が3以上であ
り、かつ、窒素と水素との結合を示す吸収ピーク(N-H)
と、III 族元素と水素との結合を示す吸収ピーク(III
-H)との、吸光度の比IN-H /IIII-H が0.05以上であ
り、かつ、III 族元素と窒素との結合を示す吸収ピーク
(III -N)と、III 族元素と水素との結合を示す吸収ピ
ーク(III -H)との、吸光度の比IIII- N /IIII-H
1.5 以上であり、かつ、吸収ピーク(III -N)が単一状
の吸収帯で、かつ、吸収ピーク(III -N)の半値幅が25
0 cm-1以下であることを特徴とする。
Means for Solving the Problems The present inventors have focused on the technique of hydrogenation of an amorphous silicon semiconductor, and have studied the improvement of the defect of a conventional amorphous or microcrystalline III-V compound semiconductor as an optoelectronic material. As a result of intensive studies, it has been found that these defects can be improved by controlling the bonding state between the element contained in the film and hydrogen in the nitrogen-based III-V compound semiconductor, and the present invention has been completed. That is, the non-single-crystal optical semiconductor of the present invention is:
A non-single-crystal optical semiconductor containing at least hydrogen, a Group III element in the periodic table, and nitrogen, wherein an infrared absorption spectrum of the non-single-crystal optical semiconductor has an absorption peak (NH) indicating a bond between nitrogen and hydrogen. The ratio of the absorbance I NH / I CH to the absorption peak (CH) indicating the bond between carbon and hydrogen is 3 or more, and the absorption peak (NH) indicating the bond between nitrogen and hydrogen
And the absorption peak (III
-H) and the ratio I NH / I III-H absorbance is not less than 0.05, and an absorption peak indicating the binding of a group III element and nitrogen (III -N), the III group element and hydrogen and the absorption peak indicating the bond (III -H), the ratio I III- N / I III-H absorbance
1.5 or more, the absorption peak (III-N) is a single absorption band, and the half width of the absorption peak (III-N) is 25
0 cm -1 or less.

【0013】これら強度比等を、非単結晶材料の原料や
製造方法を変えることによって変化させ、前記範囲内に
調整することにより、III 族元素および窒素と水素との
比率が好適に保たれて、良好な結合状態を示すととも
に、非単結晶材料を構成する材料中に存在する炭素の量
が少なく、より、好ましくは、検出限界以下となって、
非単結晶材料中の各元素の組成比が好適な状態となり、
得られる非単結晶材料が安定で高い性能を示すことにな
る。
The strength ratio and the like are changed by changing the raw material of the non-single-crystal material and the manufacturing method, and are adjusted to fall within the above ranges, whereby the ratio of the group III element and the ratio of nitrogen to hydrogen can be suitably maintained. , While showing a good bonding state, the amount of carbon present in the material constituting the non-single crystal material is small, more preferably, below the detection limit,
The composition ratio of each element in the non-single crystal material becomes a suitable state,
The obtained non-single-crystal material shows stable and high performance.

【0014】また、本発明の非単結晶光半導体において
は、水素が、0.5 原子%以上50原子%以下の範囲で含
まれることが好ましく、周期律表におけるIII 族元素
は、その原子数の総和xと窒素原子の原子数yの比が、
1.0:0.5 から1.0:2.0 の間にあり、Al,Ga,Inからなる群
から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。さ
らに、C,Si,Ge,Snからなる群から選ばれた少なくとも1
つ以上の元素および/またはBe,Mg,Ca,Zn,Srからなる群
から選ばれた少なくとも1つ以上の元素を含むことが好
ましい。
Further, in the non-single-crystal optical semiconductor of the present invention, it is preferable that hydrogen is contained in a range of 0.5 atomic% to 50 atomic%, and the group III element in the periodic table is the total number of atoms. The ratio of x to the number y of nitrogen atoms is
It is between 1.0: 0.5 and 1.0: 2.0, and is preferably at least one selected from the group consisting of Al, Ga, and In. Furthermore, at least one selected from the group consisting of C, Si, Ge, Sn
It is preferable to include one or more elements and / or at least one element selected from the group consisting of Be, Mg, Ca, Zn, and Sr.

【0015】本発明の非単結晶光半導体は、窒素を含む
化合物を活性化した活性種と、周期律表におけるIII 族
元素を含む有機金属化合物とを、活性化水素を含む雰囲
気下で、反応させることにより製造することができる。
活性化水素は、水素を含む化合物を活性化することによ
り供給されてもよく、活性化手段としては、高周波放電
および/またはマイクロ波放電を利用することができ
る。また、周期律表におけるIII 族元素を含む有機金属
化合物の少なくとも一種以上を、前記活性化手段の下流
側から導入することが好ましい。
The non-single-crystal optical semiconductor of the present invention reacts an active species that has activated a compound containing nitrogen with an organometallic compound containing a Group III element in the periodic table in an atmosphere containing activated hydrogen. It can be manufactured by doing.
Activated hydrogen may be supplied by activating a compound containing hydrogen, and high-frequency discharge and / or microwave discharge may be used as the activating means. Further, it is preferable to introduce at least one or more of the organometallic compounds containing a group III element in the periodic table from the downstream side of the activating means.

【0016】このような方法で製造することにより、非
晶質膜や微結晶膜が成長できる低温でも有機金属から安
定分子として有機基が分離し、膜中に取り込まれず、膜
成長時に未結合手の欠陥が除去でき、さらに有機基より
生成する活性水素あるいは別に加えられた水素および水
素化合物による活性水素が膜成長時に膜表面の炭素を除
去する働きをし、不純物を極微量まで低減することがで
きる。
According to such a method, even at a low temperature at which an amorphous film or a microcrystalline film can be grown, the organic groups are separated from the organic metal as stable molecules, are not taken into the film, and unbonded bonds are formed during film growth. Active hydrogen generated from organic groups or separately added hydrogen and active hydrogen due to hydrogen compounds acts to remove carbon on the film surface during film growth, reducing impurities to a very small amount. it can.

【0017】また、本発明の非単結晶光半導体は、電子
写真感光体における電荷発生層、電荷輸送層、表面層に
応用することができる。また、光起電力素子、受光素子
へも応用することができる。
The non-single-crystal optical semiconductor of the present invention can be applied to a charge generation layer, a charge transport layer, and a surface layer in an electrophotographic photosensitive member. Further, the present invention can be applied to a photovoltaic element and a light receiving element.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。本発明の非単結晶光半導体(以下、非単結晶材料
という場合がある。)は、少なくとも水素と周期律表に
おけるIII 族元素と窒素とを含んでいる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The non-single-crystal optical semiconductor of the present invention (hereinafter, sometimes referred to as a non-single-crystal material) contains at least hydrogen, a group III element in the periodic table, and nitrogen.

【0019】非単結晶とは、非晶質あるいは微結晶であ
ることを意味し、非晶質相、微結晶相、微結晶相と非晶
質相の混合状態のいずれであっても良い。微結晶の結晶
系は、立方晶系あるいは6方晶系のいずれか一つであっ
てもよく、また、複数の結晶系が混合された状態でもよ
い。なお、微結晶の大きさは5nmから5μmであり、
X線回折や電子線回折および断面の電子顕微鏡写真を用
いた形状測定などによって測定することができる。ここ
で、非晶質とは、例えば、透過電子線回折パターンにお
いて全くリング状の回折パターンがなくぼんやりしたハ
ローパターンの完全に長距離秩序の欠如しているものか
ら、ハローパターンの中にリング状の回折パターンが見
られるもの、さらにその中に輝点が見られるものまでを
指している。このような膜は透過電子線回折より広範囲
を観測するX線回折測定においては、ほとんど何のピー
クも得られないことが多い。また、微結晶とは、例え
ば、透過電子線回折パターンにおいてリング状の回折パ
ターンとともに輝点が多数見られるもの、スポット状の
輝点のみ見られるものを指している。微結晶からなる膜
は、X線回折測定においては、わずかに結晶面に相当す
るピークが得られるが、多結晶であると、ピーク強度が
単結晶にくらべて弱く、かつ、ピーク幅が単結晶に比べ
て広いことが多い。このような、非晶質あるいは微結晶
の材料を用いることで、自由な基板材料に低温で成膜す
ることができるため、低コストで、形状、サイズに制限
がなく、高機能なオプトエレクトロニクスデバイスを作
製することができる。
The non-single crystal means that it is amorphous or microcrystalline, and may be any of an amorphous phase, a microcrystalline phase, and a mixed state of a microcrystalline phase and an amorphous phase. The crystal system of the microcrystal may be any one of a cubic system and a hexagonal system, or a state in which a plurality of crystal systems are mixed. Note that the size of the microcrystal is 5 nm to 5 μm,
It can be measured by X-ray diffraction, electron beam diffraction, shape measurement using an electron micrograph of a cross section, or the like. Here, the term “amorphous” refers to, for example, a halo pattern in which there is no ring-like diffraction pattern in the transmission electron beam diffraction pattern and the halo pattern completely lacks long-range order. , And those in which luminescent spots are seen. In such a film, almost no peak is often obtained in X-ray diffraction measurement for observing a wider range than transmission electron beam diffraction. The microcrystal refers to, for example, a transmission electron beam diffraction pattern in which a large number of bright spots are observed together with a ring-shaped diffraction pattern, or a microcrystal in which only spot-shaped bright spots are observed. In a film composed of microcrystals, in X-ray diffraction measurement, a peak slightly corresponding to a crystal plane is obtained. However, in the case of a polycrystalline film, the peak intensity is weaker than that of a single crystal, and the peak width is single crystal. Often larger than. By using such an amorphous or microcrystalline material, it is possible to form a film on a free substrate material at a low temperature, and it is a low-cost, unlimited shape and size, high-performance optoelectronic device. Can be produced.

【0020】本発明の非単結晶材料中の水素濃度は、0.
5 原子%以上50原子%以下の範囲にあることが好まし
い。3次元的な構造を維持しながら非晶質構造を実現す
るためには、III 族元素と窒素の両方に未結合手が発生
する。また、微結晶により3次元的構造を実現するため
には、粒界においてIII 族元素と窒素の両方に未結合手
が発生する。この未結合手を補償するために水素または
ハロゲン等の一配位の原子を用いることができる。本発
明においては、水素により、このような未結合手を補償
するため、水素がIII 族元素と窒素に共に結合するよう
にする。非単結晶材料に含まれる水素が0.5 原子%未満
では、結晶粒界での結合欠陥、非晶質相内部での結合欠
陥、および未結合手を、水素との結合によってなくし、
バンド内に形成する欠陥準位を不活性化するのに不十分
であり、結合欠陥や構造欠陥が維持される結果、暗抵抗
が低下し、光感度がなくなるため、実用的な光導電体と
して機能することができない。一方、非単結晶材料に含
まれる水素が50原子%をこえると、水素がIII 族元素お
よび窒素に2つ以上結合する確率が増え、これらの元素
が3次元構造を保たず、2次元および鎖状のネットワー
クを形成するようになり、とくに結晶粒界でボイドを多
量に発生するため結果としてバンド内に新たな準位を形
成し、電気的な特性が劣化するとともに、硬度などの機
械的性質が低下する。さらに膜が酸化されやすくなり、
結果として膜中に不純物欠陥が多量に発生することとに
なり、良好な光電気特性が得られなくなる。また、非単
結晶材料に含まれる水素が50原子%をこえると、電気的
特性を制御するためにドープするドーパントを水素が不
活性化するようになるため、結果として、電気的に活性
な非晶質あるいは微結晶からなる非単結晶光半導体が得
られない。水素量についてはハイドロジェンフォワード
スキャタリング(HFS)により絶対値を測定すること
ができる。また加熱による水素放出量の測定あるいは赤
外吸収スペクトルの測定によっても推定することができ
る。
The hydrogen concentration in the non-single-crystal material of the present invention is 0.1%.
It is preferably in the range of 5 at% to 50 at%. In order to realize an amorphous structure while maintaining a three-dimensional structure, dangling bonds are generated in both the group III element and nitrogen. Further, in order to realize a three-dimensional structure using microcrystals, dangling bonds are generated in both the group III element and nitrogen at the grain boundaries. In order to compensate for this dangling bond, a one-coordinate atom such as hydrogen or halogen can be used. In the present invention, in order to compensate for such dangling bonds, the hydrogen is bonded to the group III element and the nitrogen together. If the non-single-crystal material contains less than 0.5 atomic% of hydrogen, bond defects at grain boundaries, bond defects inside the amorphous phase, and dangling bonds are eliminated by bonding with hydrogen,
Insufficient to inactivate the defect levels formed in the band, and as a result of maintaining coupling defects and structural defects, the dark resistance is reduced and the photosensitivity is lost. Cannot work. On the other hand, if the amount of hydrogen contained in the non-single-crystal material exceeds 50 atomic%, the probability of hydrogen bonding to two or more group III elements and nitrogen increases, and these elements do not maintain a three-dimensional structure and are not two-dimensional. A chain-like network is formed, and a large number of voids are generated, especially at the crystal grain boundaries.As a result, new levels are formed in the band, and electrical characteristics are deteriorated and mechanical properties such as hardness are reduced. Property deteriorates. In addition, the film is easily oxidized,
As a result, a large amount of impurity defects are generated in the film, and good photoelectric properties cannot be obtained. Further, when the hydrogen contained in the non-single-crystal material exceeds 50 atomic%, the dopant to be doped for controlling the electrical characteristics becomes inactivated by hydrogen, and as a result, the electrically active non-crystalline material becomes inactive. A non-single-crystal optical semiconductor made of crystalline or microcrystalline cannot be obtained. The absolute value of the amount of hydrogen can be measured by hydrogen forward scattering (HFS). It can also be estimated by measuring the amount of hydrogen released by heating or measuring the infrared absorption spectrum.

【0021】本発明の非単結晶材料中の周期律表におけ
るIII 族元素とは、IUPAC無機化学命名法改訂版(1
989)が発刊される以前の旧分類における周期律表のIII
族に属する、B,Al,Ga,In,Tl 等の元素であり、この中で
も、導電性や光学ギャップ等、窒化物としての半導体性
能の点で、Al,Ga,Inが、特に好ましい。本発明の非単結
晶材料中のIII 族元素は、III 族元素の原子数の総和を
x、窒素の原子数をyとした場合に、xとyとの比が、
1.0:0.5 から1.0:2.0 の間にあることが好ましい。xと
yとの比が、この範囲外であると、III 族元素と窒素と
の結合において、立方晶や閃亜鉛鉱(Zincblende)型を取
る部分が少なくなり、その結果、欠陥が多くなり、良好
な半導体として機能しなくなる。非単結晶材料中の各元
素組成はX線光電子分光(XPS)、エレクトロンマイ
クロプローブ、ラザフォードバックスキャタリング(R
BS)、二次イオン質量分析計等の方法で測定すること
ができる。
The group III element in the periodic table in the non-single-crystal material of the present invention is defined as the revised version of IUPAC inorganic chemical nomenclature (1).
989) Periodic table in the old classification before the publication of III
Among the elements belonging to the group, such as B, Al, Ga, In, and Tl, among them, Al, Ga, and In are particularly preferable in terms of semiconductor performance as a nitride, such as conductivity and an optical gap. The group III element in the non-single-crystal material of the present invention has a ratio of x to y, where x is the total number of group III elements and y is the number of nitrogen atoms.
It is preferably between 1.0: 0.5 and 1.0: 2.0. If the ratio of x to y is out of this range, the number of cubic or zincblende-type parts in the bond between the group III element and nitrogen decreases, resulting in more defects. It will not function as a good semiconductor. The composition of each element in the non-single-crystal material is determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), electron microprobe, Rutherford back scattering (R
BS), a secondary ion mass spectrometer or the like.

【0022】また、膜の光学ギャップはIII 族元素の混
合比によって任意にかえることができる。GaN:H 膜の光
学ギャップ3.2-3.5eV を基準にすると、これにAlを加え
ることによって6.5eV 程度まで大きくすることができ、
紫外領域にも対応でき、Inを加えることによって1.9eV
程度まで変化させることができ、可視領域にも対応でき
る。
The optical gap of the film can be arbitrarily changed depending on the mixing ratio of the group III element. Based on the optical gap of the GaN: H film, 3.2-3.5 eV, it can be increased to about 6.5 eV by adding Al.
Can handle the ultraviolet region, 1.9 eV by adding In
It can be changed to the extent, and can correspond to the visible region.

【0023】本発明の非単結晶材料における水素とIII
族元素、水素と窒素、窒素とIII 族元素のそれぞれの結
合状態は赤外吸収スペクトルによって容易に測定するこ
とできる。すなわち、膜中の化学結合状態は、おもにII
I 族元素、窒素、および水素の結合状態と、その量関係
によって規定することが可能である。さらに不純物とし
ての炭素との関係を複合的にとらえることによって膜構
造、さらには膜の特性を規定することができる。
Hydrogen and III in the non-single-crystal material of the present invention
The bonding state of each of group elements, hydrogen and nitrogen, and nitrogen and group III elements can be easily measured by an infrared absorption spectrum. That is, the chemical bond state in the film is mainly II
It can be specified by the bonding state of the group I element, nitrogen and hydrogen, and their quantity relation. Furthermore, the film structure and further the characteristics of the film can be defined by grasping the relationship with carbon as an impurity in a complex manner.

【0024】本発明の非単結晶材料は、赤外吸収スペク
トルにおける吸収ピークが以下の4つの要件を満たすも
のでなければならない。 (1) 窒素と水素との結合を示す吸収ピーク(N-H) と、炭
素と水素との結合を示す吸収ピーク(C-H) との、吸光度
の比IN-H /IC-H が3 以上 (2) 窒素と水素との結合を示す吸収ピーク(N-H) と、II
I 族元素と水素との結合を示す吸収ピーク(III -H)と
の、吸光度の比IN-H /IIII-H が0.05以上 (3) III 族元素と窒素との結合を示す吸収ピーク(III
-N)と、III 族元素と水素との結合を示す吸収ピーク
(III -H)との、吸光度の比IIII-N /IIII-Hが1.5
以上 (4) 吸収ピーク(III -N)がほぼ単一の吸収帯で、か
つ、吸収ピーク(III -N)の半値幅が250 cm-1以下
The non-single crystal material of the present invention must have an absorption peak in an infrared absorption spectrum satisfying the following four requirements. (1) Absorbance ratio I NH / I CH of absorption peak (NH) indicating a bond between nitrogen and hydrogen and absorption peak (CH) indicating a bond between carbon and hydrogen is 3 or more. Absorption peak (NH) indicating the bond with hydrogen, II
Absorbance ratio I NH / I III-H of absorption peak (III-H) indicating the bond between group I element and hydrogen is 0.05 or more. (3) Absorption peak indicating the bond between group III element and nitrogen (III)
-N) and the absorbance ratio I III-N / I III-H of the absorption peak (III-H) indicating the bond between the group III element and hydrogen is 1.5.
(4) Absorption peak (III-N) is almost a single absorption band, and half width of absorption peak (III-N) is 250 cm -1 or less.

【0025】これら赤外吸収スペクトルにおける吸収ピ
ークの吸光度の関係を、具体例を挙げて説明する。図1
は、実施例1で作製した膜の赤外吸収スペクトル(以
下、IRスペクトルという場合がある。)を示すスペク
トル図である。ここでは、III族元素としてガリウムを
用いているので、このスペクトルによれば、3230cm-1
近にN-H の伸縮振動による吸収ピーク、2100cm-1付近に
Ga-Hの伸縮振動による吸収ピークがある。さらに2950cm
-1付近にC-H の伸縮振動による吸収ピークがある。さら
に550 cm-1付近にGa-Nの骨格振動による吸収ピークがあ
る。
The relationship between the absorbances of the absorption peaks in these infrared absorption spectra will be described with reference to specific examples. FIG.
FIG. 2 is a spectrum diagram showing an infrared absorption spectrum (hereinafter, sometimes referred to as an IR spectrum) of the film produced in Example 1. Here, since gallium is used as the group III element, according to this spectrum, the absorption peak due to stretching vibration of NH 2 near 3230 cm −1 and the absorption peak near 2100 cm −1
There is an absorption peak due to stretching vibration of Ga-H. 2950cm more
There is an absorption peak due to stretching vibration of CH 2 near -1 . Further, there is an absorption peak due to the skeleton vibration of Ga-N near 550 cm −1 .

【0026】この場合には、窒素と水素との結合を示す
吸収ピーク(N-H) とIII 族元素と水素との結合を示す吸
収ピーク(III -H)との吸光度の比IN-H /I
III-H は、3230cm-1付近と2100cm-1付近の吸収ピークの
吸収強度の比で表すことができ、本発明においては、こ
の値が0.05以上でなければならない。IN-H /IIII-H
が0.05未満では、窒素原子で未結合手の補償が行われな
くなり、欠陥が多くなる。かつ、窒素と水素との結合を
示す吸収ピーク(N-H) と、炭素と水素との結合を示す吸
収ピーク(C-H) との、吸光度の比IN-H /IC-H は、32
30cm-1と2950cm-1の吸収ピークの吸収強度の比で表すこ
とができ、本発明においては、この値が3以上でなけれ
ばならない。IN-H /IC-H が3未満では、膜中に炭素
が多く含まれるようになり、III 族元素と窒素とのネッ
トワークの形成を阻害する。かつ、III 族元素と窒素と
の結合を示す吸収ピーク(III -N)と、III 族元素と水
素との結合を示す吸収ピーク(III -H)との、吸光度の
比IIII-N /IIII- H は、550 cm-1と2100cm-1の吸収ピ
ークの吸収強度の比で表すことができ、本発明において
は、この値が1.5 以上でなければならない。IIII-N
III-H が1.5 未満では、III 族原子や窒素の水素との
結合が多くなり、III 族元素と窒素との結合が少なくな
る。
In this case, the ratio of the absorbance I NH / I of the absorption peak (NH) indicating the bond between nitrogen and hydrogen to the absorption peak (III-H) indicating the bond between the group III element and hydrogen is used.
III-H can be expressed as the ratio of the absorption intensity of the absorption peak in the vicinity of 3230cm -1 and near 2100 cm -1, in the present invention, this value must be 0.05 or more. I NH / I III-H
When is less than 0.05, compensation of dangling bonds is not performed with nitrogen atoms, and defects increase. In addition, the ratio of the absorbance I NH / I CH between the absorption peak (NH) indicating the bond between nitrogen and hydrogen and the absorption peak (CH) indicating the bond between carbon and hydrogen is 32
Can be expressed as the ratio of the absorption intensity of the absorption peak of 30 cm -1 and 2950 cm -1, in the present invention, this value must be 3 or more. When I NH / I CH is less than 3, the film contains a large amount of carbon, which inhibits the formation of a network between a group III element and nitrogen. Also, the ratio of the absorbance I III-N / I between the absorption peak (III-N) indicating the bond between the group III element and nitrogen and the absorption peak (III-H) indicating the bond between the group III element and hydrogen. III-H can be expressed as the ratio of the absorption intensity of the absorption peak of 550 cm -1 and 2100 cm -1, in the present invention, this value must be 1.5 or more. I III-N /
When I III-H is less than 1.5, bonds between group III atoms and nitrogen and hydrogen increase, and bonds between group III elements and nitrogen decrease.

【0027】さらに、550 cm-1付近のGa-Nの吸収ピーク
(III -N)が、本発明においては、単一の吸収帯で、か
つ、半値幅で250 cm-1以下でなければならない。Siを基
板に用いて赤外吸収スペクトルで550 cm-1付近を測定し
た結果から、III 族原子とN原子との結合の振動吸収ピ
ークは、非晶質から微結晶構造に近づくに従って、単一
でシャープな形状を呈するようになる。電子回折パター
ンから判定した相状態と照合すると、具体的には、半値
幅が250 cm-1を超える範囲では、有機物的な非晶質膜で
あり、半値幅が250 cm-1以下では、非晶質であり、半値
幅が200 cm-1以下では、非晶質構造が主体ではあるが微
結晶が混ざり始め、半値幅が100 cm-1以下では、微結晶
が主体となる。本発明においては、微結晶が、多く含ま
れるほど、光導電特性、高速応答性が向上するため好ま
しく、Ga-Nの吸収ピーク(III -N)の半値幅は150 cm-1
以下が好ましい。一方、この吸収ピーク位置での吸収帯
は、例えば、C-H 結合などが膜中に多く含まれるような
有機的な膜では複数の吸収帯によって300 cm-1以上に広
がり、この様な膜は本目的には適さない。
Further, in the present invention, the absorption peak (III-N) of Ga-N near 550 cm -1 must be a single absorption band and the half width at 250 cm -1 or less. . From the result of measuring near 550 cm -1 in the infrared absorption spectrum using Si as the substrate, the vibration absorption peak of the bond between the group III atom and the N atom becomes single as the amorphous structure approaches the microcrystalline structure. To give a sharp shape. When compared with the phase state determined from the electron diffraction pattern, specifically, in the range where the half width exceeds 250 cm −1 , the film is an organic amorphous film, and when the half width is less than 250 cm −1 , When the half-value width is 200 cm -1 or less, the amorphous structure is mainly contained, but the microcrystals begin to mix. When the half-value width is 100 cm -1 or less, the microcrystals are mainly contained. In the present invention, the more microcrystals are contained, the better the photoconductive properties and the high-speed response are. Therefore, the half width of the absorption peak (III-N) of Ga-N is preferably 150 cm -1.
The following is preferred. On the other hand, the absorption band at this absorption peak position is, for example, spread to 300 cm -1 or more due to a plurality of absorption bands in an organic film containing a large amount of CH bonds and the like. Not suitable for purpose.

【0028】従って、以上の要件を満たす非単結晶材料
は、大気中に長期間放置して置いても、赤外吸収スペク
トルは変化せず、クラックや密着性不良が発生せず、表
面硬度も高く電気、光特性も良好な優れた非単結晶光半
導体材料となる。
Therefore, when a non-single-crystal material satisfying the above requirements is left in the air for a long time, the infrared absorption spectrum does not change, cracks and poor adhesion do not occur, and the surface hardness is low. An excellent non-single-crystal optical semiconductor material having high electric and optical properties is obtained.

【0029】赤外吸収スペクトルの吸収波長ピークは非
晶質である場合と微結晶的である場合とでは、波長が10
-40 cm-1の範囲で高波数側にシフトするが同様な関係を
適用する。また、本発明において、半値幅とは、III 族
原子と窒素との結合を主体とする吸収位置での複数のピ
ークからなる吸収帯の場合も含みそのピークの最高強度
とバックグランドを除いた強度を1/2 とした位置での幅
である。あるいは低波数側が完全に測定できない場合に
は高波数側の片側半分の半値幅を二倍としたものであ
る。
The absorption wavelength peak in the infrared absorption spectrum is 10 when the wavelength is amorphous or microcrystalline.
Shifts to higher wave numbers in the range of -40 cm -1 , but the same relationship applies. Further, in the present invention, the half-value width includes the case of an absorption band composed of a plurality of peaks at an absorption position mainly composed of a bond between a group III atom and nitrogen, and includes the maximum intensity of the peak and the intensity excluding the background. It is the width at the position where is halved. Alternatively, when the low wave number side cannot be completely measured, the half value width of one half of the high wave number side is doubled.

【0030】III 族元素としてガリウムの他に、インジ
ウム、アルミニウム等を含む膜の赤外吸収スペクトルの
場合においても、同様な関係を適用することができる。
このようにIII 族元素を複数用いる場合のIII 族元素と
水素との結合を示す吸収ピーク(III -H)は、各元素と
水素との結合を示す吸収ピーク(例えば、Ga-H、In-H、
Al-H結合における各ピーク)を加算して求めることがで
きる。例えばInを加えた場合には低波数側に10-50 cm-1
シフトするが同様な関係を適用する。このほかの結合に
由来する吸収ピークも同様に状態や含有元素によりシフ
トするが、吸収ピーク強度関係は同様に扱う。
The same relationship can be applied to the infrared absorption spectrum of a film containing indium, aluminum, etc. in addition to gallium as a group III element.
As described above, when a plurality of group III elements are used, the absorption peak (III-H) indicating the bond between the group III element and hydrogen is the absorption peak indicating the bond between each element and hydrogen (for example, Ga-H, In- H,
(Each peak in the Al-H bond). For example, when In is added, 10-50 cm -1 on the low wavenumber side
Shift but apply a similar relationship. Absorption peaks due to other bonds also shift depending on the state and the contained elements, but the absorption peak intensity relation is handled in the same manner.

【0031】本発明の非単結晶材料中、酸素と炭素は、
合計で15原子%以下であることが望ましい。酸素が材料
中に含まれると、この酸素原子がIII 族元素のAl,Ga,In
と安定な結合を形成し、Al,Ga,Inと窒素原子による3次
元構造を部分的に2次元的柔構造を形成するため、電気
的制御のための置換型ドーパントが3次元剛構造の中で
電気的に活性な結合配置をとることを妨げることとな
り、結果としてpn制御ができない。一方、炭素が材料
中に含まれると、炭素と水素との結合はIII 族原子とし
てのAl,Ga,Inと水素との結合より安定であり、水素が炭
素と多く結合するようになり、さらに炭素は -CH2-, -C
H3結合を取りやすくなり鎖状構造やボイドの発生によ
り、材料全体として欠陥準位が増えると共にドーパント
をドープしたときに構造的柔軟性のためpn制御ができ
ない。また、ワイドギャップの材料では材料が着色して
黄色から茶褐色となるため光学的な特性も悪化する。
In the non-single-crystal material of the present invention, oxygen and carbon are
It is desirable that the total amount be 15 atomic% or less. When oxygen is contained in the material, this oxygen atom becomes the group III element Al, Ga, In
To form a stable bond with Al, Ga, In, and nitrogen atoms to partially form a two-dimensional flexible structure. In this case, it is difficult to take an electrically active coupling arrangement, and as a result, pn control cannot be performed. On the other hand, when carbon is contained in the material, the bond between carbon and hydrogen is more stable than the bond between Al, Ga, In and hydrogen as Group III atoms, and more hydrogen is bonded to carbon. Carbon is -CH 2- , -C
The generation of likely chain structure and voids take of H 3 bond can not pn control for structural flexibility when the dopant was doped with defect level increases overall material. Further, in the case of a wide-gap material, the material is colored to change from yellow to brown, so that the optical characteristics are also deteriorated.

【0032】本発明の非単結晶材料には、pn制御のた
めに他の元素を材料中にドープすることができる。n型
用の元素としては、Ia族のLi、Ib族のCu,Ag,Au、II
a族のMg、IIb族のZn、IVa族のSi,Ge,Sn,Pb 、IVb族
のS,Se,Te を用いることができる。p型用の元素として
はIa族のLi,Na,K 、Ib族のCu,Ag,Au、IIa族のBe,M
g,Ca,Sr,Ba,Ra 、IIb族のZn,Cd,Hg、IVb族のC,Si,Ge,
Sn,Pb 、VIb族のS,Se,Te 、VIa族のCr,Mo,W 、VIII族
のFe,Co,Niなどを用いることができる。なお、各族の分
類は、IUPAC無機化学命名法改訂版(1989)が発刊さ
れる以前の旧分類による。
The non-single-crystal material of the present invention can be doped with another element for controlling pn. Elements for n-type include Li of the Ia group, Cu, Ag, Au, and II of the Ib group.
Mg of group a, Zn of group IIb, Si, Ge, Sn, Pb of group IVa, S, Se, Te of group IVb can be used. The p-type elements include Li, Na, K of the Ia group, Cu, Ag, Au of the Ib group, and Be, M of the IIa group.
g, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd, Hg of IIb group, C, Si, Ge, IVb group
Sn, Pb, VIb group S, Se, Te, VIa group Cr, Mo, W, VIII group Fe, Co, Ni and the like can be used. The classification of each family is based on the old classification before the IUPAC revised edition of inorganic chemical nomenclature (1989) was published.

【0033】ドーパントは活性化された水素のIII 族元
素および窒素への結合、即ち、活性化された水素による
欠陥準位のパッシベーションを阻害しないものが好まし
い。すなわち、活性化された水素が、III 族元素および
窒素と選択的に結合し、ドーパントに結合して不活性化
しないことが必要である。この点から、n型用の元素と
しては、特に、Si,Ge,Snが好ましく、p型用の元素とし
ては、特に、Be,Mg,Ca,Zn,Srが好ましい。
The dopant is preferably one that does not inhibit the binding of activated hydrogen to the group III element and nitrogen, that is, the passivation of the defect level by the activated hydrogen. In other words, it is necessary that the activated hydrogen selectively binds to the group III element and nitrogen and binds to the dopant so that it is not inactivated. From this point, Si, Ge, and Sn are particularly preferable as the n-type element, and Be, Mg, Ca, Zn, and Sr are particularly preferable as the p-type element.

【0034】本発明の非単結晶光半導体を使用する場合
には、基板上に、少なくとも上記非単結晶光半導体を設
ければよい。すなわち、本発明の非単結晶光半導体は、
Al,Ga, Inの少なくとも一つ以上の元素と窒素と水素を
含むn型あるいはp型の非単結晶光半導体からなるもの
でもよいし、さらに高濃度のドーピングを行った膜p +
あるいはn+ 層を挿入しても良いし、低濃度のドーピン
グを行った膜p= あるいはn- 層を挿入しても良い。さ
らに透明性や障壁の形成のためにこれらのp型、i型、
n型の層は各々異なるAlx Gay Inz (x=0-1.0,y=0-1.0,z
=0-1.0) で表せるAl,Ga,InとN の組成を持っていてもよ
いし、p型、i型、n型それぞれの膜が複数のAlx Gay
Inz N:H(x=0-1.0,y=0-1.0,z=0-1.0)の組成から成ってい
てもよい。
When the non-single-crystal optical semiconductor of the present invention is used
At least the non-single-crystal optical semiconductor is provided on the substrate.
I just need. That is, the non-single-crystal optical semiconductor of the present invention is:
At least one element of Al, Ga, In and nitrogen and hydrogen
Comprising an n-type or p-type non-single-crystal optical semiconductor
Or a film p with a higher concentration of doping. +
Or n+Layers may be inserted or low concentration of dopin
Membrane p=Or n-Layers may be inserted. Sa
Furthermore, these p-type, i-type,
The n-type layers are different AlxGayInz(x = 0-1.0, y = 0-1.0, z
= 0-1.0) can be expressed as Al, Ga, In and N.
The p-type, i-type, and n-type films each have a plurality of AlxGay
InzN: H (x = 0-1.0, y = 0-1.0, z = 0-1.0)
You may.

【0035】また、本発明の非単結晶光半導体からなる
膜の厚さは、用途により異なるが、光起電力素子や光受
光素子の場合には、0.01〜10μmが好ましく、電子写真
感光体の場合には、 1〜50μmが好ましい。
The thickness of the film made of the non-single-crystal optical semiconductor of the present invention varies depending on the application, but is preferably 0.01 to 10 μm in the case of a photovoltaic element or a light receiving element. In this case, 1 to 50 μm is preferable.

【0036】本発明で使用する基板としては導電性でも
絶縁性でも良く、結晶あるいは非晶質でも良い。導電性
基板としては、アルミニウム、ステンレススチール、ニ
ッケル、クロム等の金属およびその合金結晶、Si,GaAs,
GaP,GaN,SiC,ZnOなどの半導体を挙げることができる。
また、基板表面に導電化処理を施した絶縁性基板を使用
することもできる。絶縁性基板としては、高分子フィル
ム、ガラス、石英、セラミック等を挙げることができ
る。導電化処理は、上記の金属または金、銀、銅等を蒸
着法、スパッター法、イオンプレーティング法などによ
り成膜して行う。
The substrate used in the present invention may be conductive or insulating, and may be crystalline or amorphous. As the conductive substrate, metals such as aluminum, stainless steel, nickel, chromium and alloy crystals thereof, Si, GaAs,
Semiconductors such as GaP, GaN, SiC, and ZnO can be given.
Alternatively, an insulating substrate having a substrate surface subjected to a conductive treatment can be used. Examples of the insulating substrate include a polymer film, glass, quartz, and ceramic. The conductive treatment is performed by forming a film of the above metal, gold, silver, copper, or the like by an evaporation method, a sputtering method, an ion plating method, or the like.

【0037】本発明において、光の入射用の透明導電性
基板を用いた場合には、透光性支持体を使用するのが好
ましい。透光性支持体としては、ガラス、石英、サファ
イア、MgO 、LiF 、CaF2等の透明な無機材料、また、フ
ッ素樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチ
レン、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ等の透明
な有機樹脂のフィルムまたは板状体、さらにまた、オプ
チカルファイバー、セルフォック光学プレート等が使用
できる。
In the present invention, when a transparent conductive substrate for light incidence is used, it is preferable to use a translucent support. The translucent support, glass, quartz, sapphire, MgO, LiF, transparent inorganic materials such as CaF 2 also, fluororesin, polyester, polycarbonate, polyethylene, polyethylene terephthalate, a transparent organic resin such as an epoxy film Alternatively, a plate, an optical fiber, a selfoc optical plate, or the like can be used.

【0038】さらに、上記透光性支持体上に設ける透光
性電極としては、ITO、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉛、
酸化インジウム、ヨウ化銅等の透明導電性材料を用い、
蒸着、イオンプレーティング、スパッタリング等の方法
により形成したもの、あるいはAl、Ni、Au等の金属を蒸
着やスパッタリングにより半透明になる程度に薄く形成
したものが用いられる。また光半導体層の上にこれらの
透光性電極を直接設けても良い。
Further, as the translucent electrode provided on the translucent support, ITO, zinc oxide, tin oxide, lead oxide,
Using a transparent conductive material such as indium oxide and copper iodide,
A material formed by a method such as evaporation, ion plating, or sputtering, or a material formed by thinning a metal such as Al, Ni, or Au to a translucent level by evaporation or sputtering is used. Further, these translucent electrodes may be provided directly on the optical semiconductor layer.

【0039】次に、本発明の非単結晶光半導体の製造方
法について説明する。本発明の非単結晶光半導体は、窒
素を含む化合物を活性化した活性種と、周期律表におけ
るIII 族元素を含む有機金属化合物とを、活性化された
水素を含む雰囲気下で反応させ、基板上に層を形成する
ことにより製造することができる。上記の製造方法は、
周期律表におけるIII 族元素の供給原料として有機金属
化合物を用いる点、および活性化された窒素および水素
の存在下で反応を低温で行う点に、特徴がある。
Next, a method for manufacturing a non-single-crystal optical semiconductor according to the present invention will be described. The non-single-crystal optical semiconductor of the present invention reacts an active species that has activated a compound containing nitrogen with an organometallic compound containing a Group III element in the periodic table in an atmosphere containing activated hydrogen. It can be manufactured by forming a layer on a substrate. The above manufacturing method
It is characterized in that an organometallic compound is used as a raw material for a Group III element in the periodic table and that the reaction is performed at a low temperature in the presence of activated nitrogen and hydrogen.

【0040】本発明の窒素を含む化合物の活性化とは、
窒素を含む化合物を、III 族元素を含む有機金属化合物
との反応に必要なエネルギー状態にすること、または、
窒素を含む化合物を分解して生成する励起種にすること
をいう。また、活性化された水素は、励起された水素ガ
スを活性化することにより得ることができる他、水素を
含有する化合物を活性化することにより得ることができ
る。水素を含有する化合物としては、H2 、炭化水素、
ハロゲン化水素、有機金属化合物が挙げられ、不純物が
混入しない点で、H2 が好ましい。また、放電エネルギ
ーにより形成される活性化水素と活性化窒素とは独立に
制御してもよいし、NH3 のような窒素と水素原子を同時
に含むガスを用いて同時に活性化してもよい。この場合
には、さらにH2 を加えてもよい。また、有機金属化合
物から活性水素が遊離生成する条件を用いることもでき
る。このようにすることで、基板上には活性化されたII
I 族原子、窒素原子が制御された状態で存在し、かつ水
素原子がメチル基やエチル基をメタンやエタン等の不活
性分子にするために低温にも拘わらず、炭素がほとんど
入らないか、極く低量の、膜欠陥が抑えられた非晶質あ
るいは微結晶の膜が形成できる。
The activation of the nitrogen-containing compound of the present invention means
Bringing the compound containing nitrogen into the energy state required for reaction with the organometallic compound containing a group III element, or
It means that a compound containing nitrogen is decomposed into excited species. In addition, activated hydrogen can be obtained by activating an excited hydrogen gas or by activating a compound containing hydrogen. Compounds containing hydrogen include H 2 , hydrocarbons,
Hydrogen halide and an organometallic compound are mentioned, and H 2 is preferable because impurities are not mixed. The activated hydrogen and activated nitrogen formed by the discharge energy may be controlled independently, or may be activated simultaneously using a gas containing both nitrogen and hydrogen atoms, such as NH 3 . In this case, H 2 may be further added. Further, a condition under which active hydrogen is liberated from the organometallic compound may be used. In this way, the activated II
Group I atoms and nitrogen atoms are present in a controlled state, and even if the hydrogen atom makes the methyl or ethyl group an inert molecule such as methane or ethane, despite the low temperature, almost no carbon enters, An extremely small amount of an amorphous or microcrystalline film with suppressed film defects can be formed.

【0041】活性化手段としては、高周波放電、マイク
ロ波放電、エレクトロサイクロトロン共鳴方式、または
ヘリコンプラズマ方式等を用いることができる。これら
活性化手段は、単独で用いても良いし、二つ以上を組み
合わせて用いてもよい。また、高周波発放電同士、マイ
クロ波放電同士、またはエレクトロンサイクロトロン共
鳴方式同士を組み合わせて用いてもよい。また、高周波
放電の場合は、誘導型でも容量型でも良い。異なる活性
化手段(励起手段)を用いる場合には、同じ圧力で同時
に放電が生起できるようにする必要があり、放電管内と
成膜部に圧力差を設けても良い。また、同一圧力で行う
場合、異なる活性化手段(励起手段)、例えば、マイク
ロ波と高周波放電を用いると、励起種の励起エネルギー
を大きく変えることができ、膜質制御に有効である。
As the activating means, a high-frequency discharge, a microwave discharge, an electrocyclotron resonance method, a helicon plasma method, or the like can be used. These activation means may be used alone or in combination of two or more. Further, high frequency discharges, microwave discharges, or electron cyclotron resonance methods may be used in combination. In the case of high-frequency discharge, it may be an induction type or a capacitance type. When different activating means (exciting means) are used, it is necessary to enable simultaneous discharge at the same pressure, and a pressure difference may be provided between the inside of the discharge tube and the film forming unit. When the same pressure is used, when different activating means (exciting means), for example, a microwave and a high-frequency discharge are used, the excitation energy of the excited species can be largely changed, which is effective for controlling the film quality.

【0042】本発明の周期律表におけるIII 族元素を含
む有機金属化合物としては、トリメチルアルミニウム、
トリエチルアルミニウム、ターシャリーブチルアルミニ
ウム、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、ター
シャリーブチルガリウム、トリメチルインジウム、トリ
エチルインジウム、ターシャリーブチルインジウムなど
の液体や固体を気化して単独にあるいはキャリアガスで
バブリングすることによって混合状態で使用することが
できる。
The organometallic compound containing a Group III element in the periodic table of the present invention includes trimethylaluminum,
Liquid or solid such as triethyl aluminum, tertiary butyl aluminum, trimethyl gallium, triethyl gallium, tertiary butyl gallium, trimethyl indium, triethyl indium, tertiary butyl indium, etc. are vaporized and mixed alone or by bubbling with a carrier gas Can be used with

【0043】本発明の窒素を含む化合物としては、 N
2 、NH3 、NF3 、N2H4、メチルヒドラジンなどの気体、
液体の窒素化合物を、用いることができる。
The nitrogen-containing compound of the present invention includes N
2, NH 3, NF 3, N 2 H 4, a gas such as methylhydrazine,
Liquid nitrogen compounds can be used.

【0044】本発明の非単結晶光半導体は反応性蒸着法
やイオンプレーティング、リアクティブスパッターなど
においては、原料あるいは補助原料に水素が無い場合が
多いので、水素を含ませるため、少なくとも活性化され
た水素の雰囲気下で成膜を行うことにより得ることがで
きる。
In the non-single-crystal optical semiconductor of the present invention, there are many cases where the raw material or the auxiliary raw material does not contain hydrogen in the reactive evaporation method, ion plating, reactive sputtering and the like. It can be obtained by performing film formation in an atmosphere of hydrogen that has been performed.

【0045】以下、本発明の非単結晶材料の製造方法
を、使用する製造装置とともに、具体的に説明する。図
3は、プラズマ活性化MOCVD法に用いる装置の概略
図である。プラズマ活性化MOCVD法は、プラズマを
活性化手段とする薄膜作製方法である。図2において、
1は真空に排気しうる容器、2は排気口、3は基板ホル
ダー、4は基板加熱用のヒーター、5,6は容器1に接
続された石英管であり、それぞれガス導入管9,10に連
通している。また、石英管5にはガス導入管11が接続さ
れ、石英管6にはガス導入管12が接続されている。
Hereinafter, the method for producing a non-single-crystal material of the present invention will be specifically described together with the production apparatus used. FIG. 3 is a schematic view of an apparatus used for the plasma activated MOCVD method. The plasma-activated MOCVD method is a method for producing a thin film using plasma as an activating means. In FIG.
1 is a container which can be evacuated to a vacuum, 2 is an exhaust port, 3 is a substrate holder, 4 is a heater for heating the substrate, and 5 and 6 are quartz tubes connected to the container 1. Communicating. Further, a gas introduction tube 11 is connected to the quartz tube 5, and a gas introduction tube 12 is connected to the quartz tube 6.

【0046】この装置においては、窒素源として、例え
ば、N2 を用いガス導入管9から石英管5に導入する。
マグネトロンを用いたマイクロ波発振器(図示せず)に
接続されたマイクロ導波管8に2.45 GHzのマイクロ波が
供給され石英管5内に放電を発生させる。これによりN
2 が活性化され、活性種が容器1中に導入される。別の
ガス導入口10から、水素元素源として、例えば、H2
石英管6に導入する。高周波発振器(図示せず)から高
周波コイル7に13.56MHzの高周波を供給し、石英管6内
に放電を発生させる。これによりH2 が活性化され、活
性種が容器1中に導入される。放電空間の下流側よりト
リメチルガリウムをガス導入管12より導入することによ
って、窒素を活性化した活性種と、水素を活性化した活
性種と、トリメチルガリウムとを、反応させ、基板上に
水素を含んだ非晶質あるいは微結晶の非単結晶チッ化ガ
リウム光半導体を成膜することができる。
In this apparatus, for example, N 2 is used as a nitrogen source and introduced into the quartz tube 5 from the gas introduction tube 9.
A microwave of 2.45 GHz is supplied to a microwave waveguide 8 connected to a microwave oscillator (not shown) using a magnetron to generate a discharge in the quartz tube 5. This gives N
2 is activated and the active species is introduced into the container 1. From another gas inlet 10, for example, H 2 is introduced into the quartz tube 6 as a hydrogen element source. A high frequency of 13.56 MHz is supplied from a high frequency oscillator (not shown) to the high frequency coil 7 to generate a discharge in the quartz tube 6. Thereby, H 2 is activated, and the active species is introduced into the container 1. By introducing trimethylgallium from the gas introduction pipe 12 from the downstream side of the discharge space, the activated species that activated nitrogen, the activated species that activated hydrogen, and trimethylgallium reacted, and hydrogen was deposited on the substrate. An amorphous or microcrystalline non-single-crystal gallium nitride optical semiconductor can be formed.

【0047】本発明の非単結晶材料が、非晶質あるいは
微結晶になるかは、基板の種類、基板温度、ガスの流量
・圧力、放電出力等の条件に依存する。また、光学ギャ
ップの値を決定する非単結晶材料の組成は、原料ガスと
キャリアガスの濃度・流量に依存する。また、膜厚は、
原料ガスとキャリアガスの濃度・流量の他、放電のエネ
ルギーにも依存する。ただし、膜厚の制御に関しては、
成膜時間の制御によるものが好ましい。
Whether the non-single-crystal material of the present invention becomes amorphous or microcrystalline depends on conditions such as the type of substrate, substrate temperature, gas flow rate and pressure, and discharge output. Further, the composition of the non-single-crystal material that determines the value of the optical gap depends on the concentrations and flow rates of the source gas and the carrier gas. The film thickness is
It depends not only on the concentration and flow rate of the source gas and the carrier gas, but also on the energy of the discharge. However, regarding the control of the film thickness,
It is preferable to control the film formation time.

【0048】基板の種類は、結晶性の基板あるいは表面
をエッチング処理した結晶基板の場合に、微結晶となり
やすく、例えば、Si基板等を好適に用いることができ
る。また、基板温度は、非単結晶とするためには100 ℃
〜600 ℃が好ましく、基板温度が300 ℃より高い場合に
微結晶になりやすく、好ましい。
In the case of a crystalline substrate or a crystalline substrate whose surface has been subjected to an etching treatment, the substrate is likely to become microcrystalline. For example, a Si substrate or the like can be suitably used. In addition, the substrate temperature is set to 100 ° C. for non-single crystal.
To 600 ° C. is preferable, and when the substrate temperature is higher than 300 ° C., microcrystals are easily formed, which is preferable.

【0049】各種原料ガスの導入は、ガス導入口から行
われ、キャリアガスとしては、水素,N2 、メタン、エタ
ンなどの炭化水素、CF4 , C2F6などのハロゲン化炭素な
どを用いることができる。原料ガスの実質的流量は、膜
質等の点で、0.001〜10sccmとすることが好まし
い。また、III 族原料ガスの流量が少ない場合に、微結
晶になりやすく好ましい。ただし、基板温度とIII 族原
料ガスの流量とでは、基板温度の影響の方が大きく、基
板温度が300 ℃より高い場合には、III 族族原料ガスの
流量が多い場合でも微結晶となりやすい。一方、III 族
原料ガスの流量が多く、かつ、放電出力が不足する場合
には、有機物的な膜になりやすく、好ましくない。
Various raw material gases are introduced through gas inlets, and hydrocarbons such as hydrogen, N 2 , methane and ethane, and halogenated carbons such as CF 4 and C 2 F 6 are used as carrier gases. be able to. The substantial flow rate of the source gas is preferably 0.001 to 10 sccm from the viewpoint of film quality and the like. When the flow rate of the group III source gas is small, microcrystals are easily formed, which is preferable. However, the influence of the substrate temperature on the substrate temperature and the flow rate of the group III raw material gas is more significant. When the substrate temperature is higher than 300 ° C., even when the flow rate of the group III raw material gas is large, microcrystals are easily formed. On the other hand, when the flow rate of the group III source gas is large and the discharge output is insufficient, an organic film tends to be formed, which is not preferable.

【0050】特に、III 族元素を含む有機金属化合物
は、放電空間での成膜を避けるため、放電空間の下流側
(図3においては、ガス導入管11またはガス導入管12)
に設けたガス導入管より導入するのが好ましい。また、
数種のIII 族元素を含む有機金属化合物を導入する場合
には、同一のガス導入管から導入してもよく、異なるガ
ス導入管から導入しても良い。
In particular, the organometallic compound containing a group III element is preferably placed downstream of the discharge space (in FIG. 3, the gas introduction pipe 11 or the gas introduction pipe 12) in order to avoid film formation in the discharge space.
It is preferable to introduce the gas through the gas introduction pipe provided in the above. Also,
When introducing an organometallic compound containing several Group III elements, they may be introduced from the same gas introduction tube or from different gas introduction tubes.

【0051】また、C,Si,Ge,Snから選ばれた少なくとも
一つ以上の元素を含むガス、あるいはBe,Mg,Ca,Zn,Srか
ら選ばれた少なくとも1つ以上の元素を含むガスを導入
することによってn型、p型等任意の伝導型の非晶質あ
るいは微結晶のチッ化物半導体を得ることができる。C
の場合には条件によっては有機金属化合物の炭素を使用
してもよい。また、これらは、III 族元素を含む有機金
属化合物と同様に、放電空間の下流側に設けたガス導入
管より導入するのが好ましい。
Further, a gas containing at least one element selected from C, Si, Ge, and Sn, or a gas containing at least one element selected from Be, Mg, Ca, Zn, and Sr is used. By introduction, an amorphous or microcrystalline nitride semiconductor of any conductivity type such as n-type and p-type can be obtained. C
In this case, carbon of an organometallic compound may be used depending on the conditions. These are preferably introduced from a gas introduction pipe provided on the downstream side of the discharge space, like the organometallic compound containing a group III element.

【0052】C,Si,Ge,Snの元素源としては、SiH4 , Si2
H6 , GeH4 , GeF4 , SnH4 等の化合物を、Be,Mg,Ca,Zn,
Srの元素源としては、BeH2 , BeCl2 , BeCl4 ,ビスシク
ロペンタジエニルマグネシウム、ジメチルカルシウム、
ジメチルストロンチウム、ジメチル亜鉛、ジエチル亜鉛
等の化合物をガス状態で用いることができる。ドーピン
グの方法としては、熱拡散法、イオン注入法等の公知の
方法を採用することができる。
As the element sources of C, Si, Ge, and Sn, SiH 4 , Si 2
Compounds such as H 6 , GeH 4 , GeF 4 , SnH 4 are converted to Be, Mg, Ca, Zn,
Elemental sources of Sr include BeH 2 , BeCl 2 , BeCl 4 , biscyclopentadienyl magnesium, dimethyl calcium,
Compounds such as dimethylstrontium, dimethylzinc and diethylzinc can be used in a gaseous state. As a doping method, a known method such as a thermal diffusion method or an ion implantation method can be employed.

【0053】また、放電出力は、高い場合に、微結晶と
なりやすく、例えば、水素放電により活性水素を併用し
て成膜を行った場合には、行なわない場合よりも、微結
晶化を進めることができるので好ましい。
When the discharge output is high, microcrystals are apt to be formed. For example, when film formation is performed by using active hydrogen in combination with hydrogen discharge, microcrystallization is performed more than when no film is formed. Is preferred.

【0054】本発明の非晶質あるいは微結晶からなる非
単結晶光半導体を用いた光半導体素子とするためには導
電性あるいは導電処理した基板上に前述した方法によっ
て光半導体を形成する。膜厚を 1μm〜10μmとするこ
とによって電子写真感光体とすることができる。この光
半導体を電荷発生層とし、この上に有機化合物を中心と
する電荷輸送層を形成しても良い。またこの光半導体は
透過光を任意に設定できるため無機や有機の電荷発生層
の上に電荷輸送層とすることもできる。また電荷輸送層
として下層に設けても良い。また表面に設けて電荷輸送
層の機能をもたせた表面保護層とすることもできる。
In order to obtain an optical semiconductor device using a non-single-crystal optical semiconductor made of an amorphous or microcrystalline semiconductor according to the present invention, an optical semiconductor is formed on a conductive or conductively treated substrate by the method described above. By setting the film thickness to 1 μm to 10 μm, an electrophotographic photosensitive member can be obtained. The optical semiconductor may be used as a charge generation layer, and a charge transport layer mainly composed of an organic compound may be formed thereon. Further, since the optical semiconductor can arbitrarily set transmitted light, it can be used as a charge transport layer on an inorganic or organic charge generation layer. Further, the charge transport layer may be provided as a lower layer. Further, a surface protective layer provided on the surface and having the function of a charge transport layer can also be provided.

【0055】本発明の非晶質あるいは微結晶からなる非
単結晶光半導体を導電性あるいは導電処理した基板上に
前述した方法によって光半導体を形成し光起電力素子と
することもできる。最も簡単には、この光半導体の上に
ITOや酸化亜鉛の透明導電性膜や薄い金属膜を電極と
してショットキー障壁での光起電力を発生することがで
きる。さらにp型とn型あるいはp型とi型とn型から
なる層を積層形成することで光起電力素子とすることが
できる。本発明の非晶質あるいは微結晶からなる非単結
晶光半導体は光学ギャップを任意に変化させることがで
き、光キャリア発生のための活性域として吸収波長に合
わせタンデム型の多層構成とすることができるため高効
率の太陽電池を作製することができる。タンデム型の場
合には光学ギャップが順次大きくなるように導電性基板
上に積層する。このうえに透明絶縁層を設ける。また透
明導電性基板上に光学ギャップが順次小さくなるように
形成し、導電層を電極として形成する。
A photovoltaic element can also be formed by forming an optical semiconductor on a substrate obtained by conducting or conducting a non-single-crystal optical semiconductor made of an amorphous or microcrystalline semiconductor of the present invention by the above-described method. Most simply, a photoelectromotive force can be generated at the Schottky barrier using a transparent conductive film of ITO or zinc oxide or a thin metal film as an electrode on this optical semiconductor. Furthermore, a photovoltaic element can be obtained by laminating p-type and n-type layers or p-type, i-type and n-type layers. The non-single-crystal optical semiconductor comprising an amorphous or microcrystalline semiconductor of the present invention can change the optical gap arbitrarily, and may have a tandem-type multilayer structure in accordance with the absorption wavelength as an active region for photocarrier generation. Therefore, a highly efficient solar cell can be manufactured. In the case of a tandem type, the layers are stacked on a conductive substrate so that the optical gap is gradually increased. On top of this, a transparent insulating layer is provided. In addition, an optical gap is formed on a transparent conductive substrate so that the optical gap is gradually reduced, and the conductive layer is formed as an electrode.

【0056】本発明の非晶質あるいは微結晶からなる非
単結晶光半導体を導電性あるいは導電処理した基板上に
前述した方法によって光半導体を形成し受光素子とする
こともできる。この場合、単層でも良いし、光の入射側
に向かって光学ギャップを順次大きくなるようにしたタ
ンデム型の多層構成とすることもできる。また光学ギャ
ップの異なる層から独立に光電流を取り出すことによっ
て波長分離受光素子とすることもできる。この場合には
最下層以外の複数の光半導体の電極は光が透過出来るよ
うに中間透明導電性電極あるいは下層の光半導体の感度
波長を透過する中間導電性電極を設ける。また透明導電
性電極と光半導体の間あるいは/および中間電極と光半
導体の間および/または導電性基板と光半導体の間に暗
時の電流注入を抑えダイナミックレンジを広げる目的や
応答速度を向上させる目的で中間層を設けてもよい。こ
の中間層には、AlN ,Alx Ga(1-x) N , Alx Gay Inz N
などを用いることができる。
The photo-semiconductor can also be formed as a light-receiving element by forming the photo-semiconductor on the substrate obtained by conducting or treating the non-single-crystal optical semiconductor made of the amorphous or microcrystalline semiconductor of the present invention. In this case, a single layer may be used, or a tandem-type multilayer structure in which the optical gap is gradually increased toward the light incident side may be used. In addition, a wavelength-separated light-receiving element can be obtained by extracting photocurrents independently from layers having different optical gaps. In this case, an intermediate transparent conductive electrode or an intermediate conductive electrode that transmits the sensitivity wavelength of the lower optical semiconductor is provided so that light can pass through a plurality of optical semiconductor electrodes other than the lowermost layer. Further, the purpose of suppressing current injection at the time of darkness between the transparent conductive electrode and the optical semiconductor or / and between the intermediate electrode and the optical semiconductor and / or between the conductive substrate and the optical semiconductor to widen the dynamic range and improve the response speed. An intermediate layer may be provided for the purpose. The intermediate layer, AlN, Al x Ga (1 -x) N, Al x Ga y In z N
Etc. can be used.

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものでは
ない。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0057】実施例1 図2に示す製造装置を用い、洗浄したAl基板、石英基
板、Siウェハーを基板ホルダー3に載せ、排気口2を介
して容器1内を真空排気後、ヒーター4により基板を25
0 ℃に加熱した。窒素ガスをガス導入管9より直径25mm
の石英管5内に1000sccm導入し、マイクロ導波管8を介
して2.45 GHzのマイクロ波を出力250Wにセットし、チュ
ーナでマッチングを取り、第一のプラズマ放電を行っ
た。この時の反射波は0Wであった。水素ガスはガス導入
管10より直径30mmの石英管6内に 200sccm導入した。2.
45GHz のマイクロ波の出力を100Wにセットし、第二のプ
ラズマ放電を行った。反射波は0Wであった。この状態で
ガス導入管11より0℃で保持されたトリメチルガリウム
(TMGa)の蒸気を、水素をキャリアガスとして用い、バ
ブリングしながらマスフローコントローラーを通して 4
sccm導入した。この時バラトロン真空計で測定した反応
圧力は66.5Paであった。成膜を30分行い、0.5 μmのGa
N:H 膜を作製した。
Example 1 Using the manufacturing apparatus shown in FIG. 2, a cleaned Al substrate, a quartz substrate, and a Si wafer were placed on a substrate holder 3, and the inside of the container 1 was evacuated through an exhaust port 2. 25
Heated to 0 ° C. Nitrogen gas is 25mm in diameter from the gas inlet tube 9.
1000 sccm was introduced into the quartz tube 5, and a microwave of 2.45 GHz was set to 250 W output through the micro waveguide 8, matching was performed with a tuner, and a first plasma discharge was performed. The reflected wave at this time was 0W. Hydrogen gas was introduced from the gas introduction tube 10 into the quartz tube 6 having a diameter of 30 mm at 200 sccm. 2.
The microwave output of 45 GHz was set to 100 W and a second plasma discharge was performed. The reflected wave was 0W. In this state, trimethylgallium (TMGa) vapor kept at 0 ° C. from the gas introduction pipe 11 is passed through a mass flow controller while bubbling using hydrogen as a carrier gas.
sccm was introduced. At this time, the reaction pressure measured with a Baratron vacuum gauge was 66.5 Pa. Film formation is performed for 30 minutes, and 0.5 μm Ga
An N: H film was prepared.

【0058】このa-GaN:H 膜と同時にSi基板上に作製し
た膜の組成をRBS(ラザフォード・バック・スキャタ
リング)にて測定したところ、Ga/N比は0.95でほぼ化学
量論比となっていた。またHFS測定による水素は22原
子%であった。IRスペクトル測定によって、これらの
水素はGa-H,N-HとしてこのGaN 膜中に含まれていること
を確認した。作製した膜のIRスペクトルを図1に示
す。図1から分かるように、Ga-H,Ga-N の結合による吸
収ピークはそれぞれ、2099cm-1と 554cm-1であり、N-H
とC-H の吸光度の強度比、N-H とGa-Hの吸光度の強度
比、さらにGa-NとGa-Hの吸光度の強度比はそれぞれ、9
と0.38と2.86であった。また、Ga-N吸収ピークの半値幅
は 180cm-1とブロードであり、非晶質であることがわか
った。また、電子線回折スペクトルでもハローパターン
しか検出できず非晶質であることを示していた。光学ギ
ャップは3.2eV であった。
When the composition of the film formed on the Si substrate simultaneously with the a-GaN: H film was measured by RBS (Rutherford Back Scattering), the Ga / N ratio was 0.95, which was almost stoichiometric. Had become. In addition, hydrogen was 22 atomic% by HFS measurement. By IR spectrum measurement, it was confirmed that these hydrogens were contained in the GaN film as Ga-H, NH. FIG. 1 shows the IR spectrum of the prepared film. As can be seen from Figure 1, each Ga-H, the absorption peak due to the binding of Ga-N is 2099Cm -1 and 554cm -1, NH
The intensity ratio of the absorbance of CH and CH, the intensity ratio of the absorbance of NH and Ga-H, and the intensity ratio of the absorbance of Ga-N and Ga-H are 9
And 0.38 and 2.86, respectively. In addition, the half width of the Ga—N absorption peak was as broad as 180 cm −1 , indicating that it was amorphous. In addition, only a halo pattern could be detected in the electron diffraction spectrum, indicating that the sample was amorphous. The optical gap was 3.2 eV.

【0059】暗抵抗を測定したところ10+15 Ωcmであ
り、ヘリウム−カドミウム(He-Cd) レーザの 325nmの光
を照射したところ、応答は0.1s以下で光電流は 1μA 流
れ、高速でon/offを繰り返したところ3桁以上のダイナ
ミックレンジがあることがわかった。測定結果を図3に
示す。また、光量と出力電流は、ほぼ一次の関係にあ
り、また連続照射においても出力は安定で光検出器とし
て使用できることがわかった。この検出器は紫外光を含
まない光源のもとでは応答せず強い可視光の存在下でも
紫外光の検出も可能であった。さらに、この膜は12ヵ
月大気中に放置することによっても、IRスペクトルに
おいて、変化が見られず、大気中でも安定であることが
分かった。
When the dark resistance was measured, it was 10 +15 Ωcm. When irradiated with 325 nm light of a helium-cadmium (He-Cd) laser, the response was 0.1 s or less and the photocurrent flowed 1 μA. When off was repeated, it was found that there was a dynamic range of 3 digits or more. FIG. 3 shows the measurement results. In addition, it was found that the light quantity and the output current had a substantially linear relationship, and that the output was stable and could be used as a photodetector even in continuous irradiation. This detector did not respond under a light source containing no ultraviolet light and was able to detect ultraviolet light even in the presence of strong visible light. Furthermore, even when this film was left in the air for 12 months, no change was observed in the IR spectrum, indicating that the film was stable in the air.

【0060】比較例1 窒素ガスの流量を 500sccmとし、トリメチルガリウムを
0℃で保持し直接バブリングせずに 3sccm導入し、水素
ガスによる第二のプラズマ放電を行わない以外は、実施
例1と同じ条件で成膜を行った。成膜を30分行い、1.0
μmのGaN:H 膜を作製した。水素濃度は55原子%で、I
Rスペクトル測定によって、これらの水素はGa-H,N-Hと
してこのGaN 膜中に含まれていることを確認した。作製
した膜のIRスペクトルを図4に示す。図4から分かる
ように、Ga-Hの吸収ピークは2105cm-1,Ga-N の吸収ピー
クに相当する 571cm-1の吸収帯は複数の吸収帯よりなっ
ており、この分解能では重なっている。この場合の吸収
強度と半値幅はこのような複数吸収ピークを含んだ状態
での吸収強度と半値幅を用いる。N-H とC-H の吸光度の
強度比、N-H とGa-Hの吸光度の強度比、さらにGa-NとGa
-Hの吸光度の強度比はそれぞれ、0.8 と0.19と2.1 であ
った。また、Ga-N吸収ピークの半値幅は 270cm-1でブロ
ードであり非晶質膜であることがわかった。この膜は4
ヶ月大気中に放置することによってIRスペクトルの16
00cm-1〜1700cm-1付近に新しい吸収が出現するととも
に、3000cm-1〜3500cm-1付近の吸収帯の形が大きく変化
し、膜構造が変化していることがわかった。また、光導
電特性は著しく悪く、光電流がほとんど流れなかった。
Comparative Example 1 The flow rate of nitrogen gas was set to 500 sccm, and trimethylgallium was
A film was formed under the same conditions as in Example 1 except that the temperature was maintained at 0 ° C., and 3 sccm was introduced without direct bubbling, and the second plasma discharge with hydrogen gas was not performed. Perform film formation for 30 minutes,
A μm GaN: H 2 film was produced. The hydrogen concentration is 55 atomic% and I
By R spectrum measurement, it was confirmed that these hydrogens were contained in the GaN film as Ga-H, NH. FIG. 4 shows the IR spectrum of the formed film. As can be seen from FIG. 4, the absorption peak of Ga-H is 2105 cm -1 , and the absorption band of 571 cm -1 corresponding to the absorption peak of Ga-N is composed of a plurality of absorption bands, and overlaps at this resolution. In this case, as the absorption intensity and the half width, the absorption intensity and the half width including such a plurality of absorption peaks are used. The intensity ratio of the absorbance of NH and CH, the intensity ratio of the absorbance of NH and Ga-H, and the ratio of Ga-N and Ga
The intensity ratio of the absorbance of -H was 0.8, 0.19, and 2.1, respectively. In addition, the half width of the Ga-N absorption peak was 270 cm -1, which was broad, indicating that the film was an amorphous film. This film is 4
Leaving it in the atmosphere for 16 months
00cm with the new absorption appears in the vicinity of -1 ~1700cm -1, greatly changes the shape of the absorption band near 3000cm -1 ~3500cm -1, it was found that the film structure has changed. Further, the photoconductive properties were extremely poor, and almost no photocurrent flowed.

【0061】比較例2 ガス導入管10より水素ガスを導入する際に、マイクロ波
放電を行わなかった以外は、実施例1と同じ条件で成膜
を行った。成膜を30分行い、0.5 μmのGaN:H膜を作製
した。水素濃度は35原子%で、IRスペクトル測定によ
って、これらの水素はGa-H,N-HとしてこのGaN 膜中に含
まれていることを確認した。作製した膜のIRスペクト
ルを図5に示す。図5から分かるように、Ga-Hの吸収ピ
ークは2105cm-1,Ga-N の吸収ピークに相当する 571cm-1
の吸収帯は複数の吸収帯よりなっており、この分解能で
は重なっている。この場合の吸収強度と半値幅はこのよ
うな複数吸収ピークを含んだ状態での吸収強度と半値幅
を用いる。N-H とC-H の吸光度の強度比、N-H とGa-Hの
吸光度の強度比、さらにGa-NとGa-Hの吸光度の強度比は
それぞれ、2.7 と0.2 と1.2 であった。また、Ga-N吸収
ピークの半値幅は 210cm-1でブロードであり非晶質膜で
あることがわかった。この膜は4ヶ月大気中に放置する
ことによってIRスペクトルの1600cm-1〜1700cm-1付近
に新しい吸収が出現し、膜構造が変化していることがわ
かった。初期の光導電特性は良好であったが、経時後
は、劣化した。
Comparative Example 2 A film was formed under the same conditions as in Example 1 except that microwave discharge was not performed when hydrogen gas was introduced from the gas introduction pipe 10. Film formation was performed for 30 minutes to produce a 0.5 μm GaN: H film. The hydrogen concentration was 35 atomic%, and it was confirmed by IR spectrum measurement that the hydrogen was contained in the GaN film as Ga-H, NH. FIG. 5 shows the IR spectrum of the formed film. As can be seen from FIG. 5, 571cm -1 absorption peak Ga-H is equivalent to the absorption peak of 2105cm -1, Ga-N
Are composed of a plurality of absorption bands, which overlap at this resolution. In this case, as the absorption intensity and the half width, the absorption intensity and the half width including such a plurality of absorption peaks are used. The intensity ratio of the absorbance of NH and CH, the intensity ratio of the absorbance of NH and Ga-H, and the intensity ratio of the absorbance of Ga-N and Ga-H were 2.7, 0.2, and 1.2, respectively. The half width of the Ga—N absorption peak was 210 cm −1, which was broad, indicating that the film was an amorphous film. The membrane new absorption appears in the vicinity of 1600cm -1 ~1700cm -1 of IR spectrum by leaving in 4 months atmosphere, it was found that the film structure has changed. The initial photoconductive properties were good, but deteriorated over time.

【0062】実施例2 実施例1と同じ基板条件で、ガス導入管12より、30℃に
保持したトリメチルインジウム(TMIn)を水素ガスをキヤ
リアガスとして用い、圧力 1.01 ×105Pa で、マスフロ
ーコントローラーを通して 3sccm導入した。この状態で
ガス導入管11より−10℃で保持されたトリメチルガリウ
ム(TMGa)の蒸気を水素ガスをキヤリアガスとして用いバ
ブリングしながら、圧力 1.01 ×105Pa で、マスフロー
コントローラーを通して 3sccm導入した。この時バラト
ロン真空計で測定した反応圧力は66.5Paであった。成膜
を30分行い、0.5 μmのInGaN:H 膜を作製した。
Example 2 Under the same substrate conditions as in Example 1, trimethylindium (TMIn) maintained at 30 ° C. was used as a carrier gas through a gas introduction pipe 12 at a pressure of 1.01 × 10 5 Pa through a mass flow controller. 3 sccm was introduced. In this state, 3 sccm was introduced through a mass flow controller at a pressure of 1.01 × 10 5 Pa while bubbling trimethylgallium (TMGa) vapor maintained at −10 ° C. from a gas introduction pipe 11 using hydrogen gas as a carrier gas. At this time, the reaction pressure measured with a Baratron vacuum gauge was 66.5 Pa. The film was formed for 30 minutes to produce a 0.5 μm InGaN: H 2 film.

【0063】このa-GaInN:H 膜と同条件で作製した膜の
組成は(In+Ga)/N 比で0.65であった。また、In/Ga 濃度
比は0.25であった。またHFS測定による水素は26原子
%であった。IRスペクトル測定によって、これらの水
素はGa-H,In-H,N-H としてこのGaInN 膜中に含まれてい
ることを確認した。作製した膜のIRスペクトルを図6
に示す。図6から分かるように、(Ga+In)-H,(Ga+In)-N
の吸収ピークは2077cm -1,518cm-1でN-H とC-H の吸光度
の強度比、N-H と(Ga+In)-H の吸光度の強度比、さらに
(Ga+In)-N と(Ga+In)-H の吸光度の強度比はそれぞれ、
∞と0.09と1.67であった。また、Ga,In-N 吸収ピークの
半値幅は 240cm-1でブロードであり非晶質であることが
わかった。光学ギャップは2.3eV であった。キセノンラ
ンプ光を分光器で中心波長500 nmで分光し照射したとこ
ろ、光電流は160 μA 流れ、高速でon/offを繰り返した
ところ2桁以上のダイナミックレンジがあることがわか
った。また光量と出力電流は、ほぼ一次の関係にあり、
また連続照射においても出力は安定で光検出器として使
用できることがわかった。さらに、この膜は12ヵ月大
気中に放置することによっても、IRスペクトルにおい
て、変化が見られず、大気中でも安定であることが分か
った。
The film fabricated under the same conditions as the a-GaInN: H film
The composition was (In + Ga) / N 2 ratio 0.65. Also, the In / Ga concentration
The ratio was 0.25. In addition, hydrogen by HFS measurement is 26 atoms
%Met. By IR spectrum measurement, these waters
Element is contained in this GaInN film as Ga-H, In-H, N-H.
I was sure that. FIG. 6 shows the IR spectrum of the prepared film.
Shown in As can be seen from FIG. 6, (Ga + In) -H, (Ga + In) -N
Absorption peak of 2077cm -1, 518cm-1Absorbance of N-H and C-H at
Intensity ratio, N-H and (Ga + In) -H absorbance intensity ratio,
The intensity ratio of the absorbance of (Ga + In) -N and (Ga + In) -H is respectively
∞, 0.09 and 1.67. In addition, the Ga, In-N absorption peak
Half width is 240cm-1Is broad and amorphous
all right. The optical gap was 2.3 eV. Xenon La
The pump light was split by a spectrometer at a center wavelength of 500 nm and irradiated.
Photocurrent flowed 160 μA, repeated on / off at high speed
But you can see that there is more than two digits of dynamic range
Was. In addition, the light amount and the output current have a substantially linear relationship,
The output is stable even during continuous irradiation and can be used as a photodetector.
I found that it can be used. In addition, this membrane is 12 months large
Even when left in the air, the IR spectrum
No change is seen and it is stable in the atmosphere
Was.

【0064】実施例3 実施例2と同じ条件で水素ガスをキャリアガスとしたト
リメチルインジウム(TMIn)5 sccm反応領域に導入し、水
素ガスをキヤリアガスとしてトリメチルガリウム1 sccm
導入した。この時バラトロン真空計で測定した反応圧力
は66.5Paであった。成膜を30分行い0.5 μmのInGaN:H
膜を作製した。
Example 3 Under the same conditions as in Example 2, trimethylindium (TMIn) was introduced into a 5 sccm reaction region using hydrogen gas as a carrier gas, and 1 sccm of trimethylgallium was used as a hydrogen gas as a carrier gas.
Introduced. At this time, the reaction pressure measured with a Baratron vacuum gauge was 66.5 Pa. After 30 minutes of deposition, 0.5 μm InGaN: H
A film was prepared.

【0065】このa-GaInN:H 膜と同条件で作製した膜の
組成は(In+Ga)/N 比で0.75であった。また、In/Ga 濃度
比は0.6 であった。またHFS測定による水素は20原子
%であった。IRスペクトル測定によって、これらの水
素はGa-H,In-H,N-H としてこのGaInN 膜中に含まれてい
ることを確認した。作製した膜のIRスペクトルを図7
に示す。図7から分かるように、(Ga+In)-H,(Ga+In)-N
の吸収ピークは2060cm -1,508cm-1でN-H とC-H の吸光度
の強度比、N-H と(Ga+In)-H の吸光度の強度比、さらに
(Ga+In)-N と(Ga+In)-H の吸光度の強度比はそれぞれ、
∞と0.12と1.59であった。また、Ga,In-N 吸収ピークの
半値幅は 220cm-1でブロードであり非晶質であることが
わかった。光学ギャップは2.0eV であった。キセノンラ
ンプ光を分光器で中心波長 600nmで分光し照射したとこ
ろ、光電流は 200μA 流れ、高速でon/offを繰り返した
ところ2桁以上のダイナミックレンジがあることがわか
った。また光量と出力電流は、ほぼ一次の関係にあり、
また連続照射においても出力は安定で光検出器として使
用できることがわかった。さらに、この膜は12ヵ月大
気中に放置することによっても、IRスペクトルにおい
て、変化が見られず、大気中でも安定であることが分か
った。
The film fabricated under the same conditions as the a-GaInN: H film
The composition was 0.75 in terms of (In + Ga) / N 2 ratio. Also, the In / Ga concentration
The ratio was 0.6. 20 atoms of hydrogen by HFS measurement
%Met. By IR spectrum measurement, these waters
Element is contained in this GaInN film as Ga-H, In-H, N-H.
I was sure that. FIG. 7 shows the IR spectrum of the prepared film.
Shown in As can be seen from FIG. 7, (Ga + In) -H, (Ga + In) -N
Absorption peak of 2060cm -1, 508cm-1Absorbance of N-H and C-H at
Intensity ratio, N-H and (Ga + In) -H absorbance intensity ratio,
The intensity ratio of the absorbance of (Ga + In) -N and (Ga + In) -H is respectively
∞, 0.12 and 1.59. In addition, the Ga, In-N absorption peak
Half width is 220cm-1Is broad and amorphous
all right. The optical gap was 2.0 eV. Xenon La
The pump light was split by a spectroscope at a central wavelength of 600 nm and irradiated.
Photocurrent flowed 200μA, repeated on / off at high speed
But you can see that there is more than two digits of dynamic range
Was. In addition, the light amount and the output current have a substantially linear relationship,
The output is stable even during continuous irradiation and can be used as a photodetector.
I found that it can be used. In addition, this membrane is 12 months large
Even when left in the air, the IR spectrum
No change is seen and it is stable in the atmosphere
Was.

【0066】実施例4 図2に示す製造装置を用い、洗浄したAl基板、石英基
板、Siウェハーを基板ホルダー3に載せ、排気口2を介
して容器1内を真空排気後、ヒーター4により基板を30
0 ℃に加熱した。窒素ガスをガス導入管9より直径25mm
の石英管5内に1000sccm導入し、マイクロ導波管8を介
して2.45 GHzのマイクロ波を出力300 W にセットしチュ
ーナでマッチングを取り放電を行った。この時の反射波
は0 W であった。水素ガスはガス導入管10より直径30mm
の石英管6内に1000sccm導入した。13.56MHzの高周波の
出力を100 W にセットした。反射波は0Wであった。この
状態でガス導入管11より−10℃で保持されたトリメチル
ガリウム(TMGa)を、水素ガスをキヤリアガスとして用
い、圧力 1.01 ×105Pa で、マスフローコントローラー
を通して 2sccm導入した。この時バラトロン真空計で測
定した反応圧力は66.5Paであった。成膜を60分行い、0.
4 μmのGaN:H 膜を作製した。このGaN:H 膜の組成は、
Ga/N比は0.95で化学量論化となっていた。水素は10原子
%であった。IRスペクトル測定によって、これらの水
素はGa-H,N-HとしてこのGaN 膜中に含まれていることを
確認した。作製した膜のIRスペクトルを図8に示す。
図8から分かるように、N-H,Ga-Hのピークは3224cm-1
2113cm-1,Ga-Nのピークは 555cm-1であった。N-H とC-H
の吸光度の強度比、N-H とGa-Hの吸光度の強度比、さ
らにGa-NとGa-Hの吸光度の強度比はそれぞれ、∞と0.9
と11.1であった。また、Ga-N吸収ピークの半値幅は、 1
10cm-1でシャープであり微結晶性であることがわかっ
た。電子線回折スペクトルではスポットパターンが検出
でき微結晶であることを示していた。光学ギャップは2.
9eV であった。暗抵抗を測定したところ10+10 Ωcmであ
り、ヘリウム−カドミウム(He-Cd) レーザの 325nmの光
を照射したところ、応答は0.1s以下で光電流は 100μA
流れ、明抵抗は10+6Ωcm台までになることがわかった。
高速でon/offを繰り返したところ3桁以上のダイナミッ
クレンジがあることがわかった。また光量と出力電流は
ほぼ一次の関係にあり、また連続照射においても出力は
安定で受光素子としてつかえることがわかった。この受
光素子は紫外光を含まない光源のもとでは応答せず強い
可視光の存在下でも紫外光の検出が可能であった。さら
に、この膜は12ヵ月大気中に放置することによって
も、IRスペクトルにおいて、変化が見られず、大気中
でも安定であることが分かった。
Example 4 Using the manufacturing apparatus shown in FIG. 2, a cleaned Al substrate, a quartz substrate, and a Si wafer were placed on a substrate holder 3, and the inside of the container 1 was evacuated through an exhaust port 2. 30
Heated to 0 ° C. Nitrogen gas is 25mm in diameter from the gas inlet tube 9.
1000 sccm was introduced into the quartz tube 5, and a microwave of 2.45 GHz was set to 300 W output through the micro waveguide 8, matching was performed with a tuner, and discharge was performed. The reflected wave at this time was 0 W. Hydrogen gas is 30mm in diameter from gas inlet tube 10.
1000 sccm was introduced into the quartz tube 6 of FIG. The 13.56 MHz high frequency output was set to 100 W. The reflected wave was 0W. In this state, 2 sccm of trimethylgallium (TMGa) kept at −10 ° C. was introduced from the gas introduction pipe 11 at a pressure of 1.01 × 10 5 Pa through a mass flow controller using hydrogen gas as a carrier gas. At this time, the reaction pressure measured with a Baratron vacuum gauge was 66.5 Pa. Perform film formation for 60 minutes,
A 4 μm GaN: H film was produced. The composition of this GaN: H film is
Ga / N ratio was stoichiometric at 0.95. Hydrogen was 10 atomic%. By IR spectrum measurement, it was confirmed that these hydrogens were contained in the GaN film as Ga-H, NH. FIG. 8 shows an IR spectrum of the formed film.
As can be seen from FIG. 8, the peaks of NH and Ga-H are 3224 cm -1 .
2113cm -1, a peak of the Ga-N was 555cm -1. NH and CH
, The intensity ratio between NH and Ga-H, and the intensity ratio between Ga-N and Ga-H are ∞ and 0.9, respectively.
And 11.1. The half width of the Ga-N absorption peak is 1
It was found to be sharp and microcrystalline at 10 cm -1 . The electron diffraction spectrum showed that a spot pattern could be detected and the crystal was microcrystalline. Optical gap is 2.
9 eV. When dark resistance was measured, it was 10 +10 Ωcm.When irradiated with a helium-cadmium (He-Cd) laser at 325 nm, the response was 0.1 s or less and the photocurrent was 100 μA.
Flow and light resistance were found to be in the order of 10 +6 Ωcm.
When on / off was repeated at high speed, it was found that there was a dynamic range of 3 digits or more. Further, it was found that the light quantity and the output current had a substantially linear relationship, and that the output was stable and could be used as a light receiving element even in continuous irradiation. This light receiving element did not respond under a light source containing no ultraviolet light and was able to detect ultraviolet light even in the presence of strong visible light. Furthermore, even when this film was left in the air for 12 months, no change was observed in the IR spectrum, indicating that the film was stable in the air.

【0067】実施例5 高周波放電を行わず水素ガスをキャリアとしてトリメチ
ルガリウム(TMGa)を 5sccm導入しこと以外は、実施例4
と同じ条件で成膜を行った。成膜を60分行い、0.2 μm
のGaN:H 膜を作製した。このGaN:H 膜の組成は、Ga/N比
が0.98で化学量論化となっていた。水素は15原子%であ
った。IRスペクトル測定によって、これらの水素はGa
-H,N-HとしてこのGaN 膜中に含まれていることを確認し
た。作製した膜のIRスペクトルを図10に示す。図10か
ら分かるように、Ga-Hのピークは2100cm-1,Ga-N のピー
クは546cm-1であった。N-H とC-H の吸光度の強度比、N
-H とGa-Hの吸光度の強度比、さらにGa-NとGa-Hの吸光
度の強度比はそれぞれ、∞と0.30と6.7 であった また、Ga-N吸収ピークの半値幅は 120cm-1でシャープで
あり微結晶性であることがわかった。電子線回折スペク
トルではスポットパターンが検出でき微結晶であること
を示していた。光学ギャップは2.9eV であった。暗抵抗
を測定したところ10+10 Ωcmであり、ヘリウム−カドミ
ウム(He-Cd) レーザの 325nmの光を照射したところ、応
答は0.1s以下で光電流は 150μA 流れ、明抵抗は10+5Ω
cm台までになることがわかった。高速でon/offを繰り返
したところ3桁以上のダイナミックレンジがあることが
わかった。また光量と出力電流はほぼ一次の関係にあ
り、また連続照射においても出力は安定で受光素子とし
て使用できることがわかった。この受光素子は紫外光を
含まない光源のもとでは応答せず強い可視光の存在下で
も紫外光の検出が可能であった。さらに、この膜は12
ヵ月大気中に放置することによっても、IRスペクトル
において、変化が見られず、大気中でも安定であること
が分かった。
Example 5 Example 4 was repeated except that trimethylgallium (TMGa) was introduced at 5 sccm using hydrogen gas as a carrier without performing high-frequency discharge.
Film formation was performed under the same conditions as described above. Perform film formation for 60 minutes, 0.2 μm
A GaN: H film was produced. The composition of this GaN: H film was stoichiometric with a Ga / N ratio of 0.98. Hydrogen was 15 atomic%. By IR spectroscopy, these hydrogens were Ga
It was confirmed that -H and NH were contained in this GaN film. FIG. 10 shows the IR spectrum of the formed film. As can be seen from FIG. 10, the Ga-H peak was 2100 cm -1 and the Ga-N peak was 546 cm -1 . Intensity ratio of absorbance between NH and CH, N
The intensity ratio of the absorbance of -H and Ga-H, and the intensity ratio of the absorbance of Ga-N and Ga-H were ∞, 0.30 and 6.7, respectively. The half width of the Ga-N absorption peak was 120 cm -1. It was found to be sharp and microcrystalline. The electron diffraction spectrum showed that a spot pattern could be detected and the crystal was microcrystalline. The optical gap was 2.9 eV. When the dark resistance was measured, it was 10 +10 Ωcm, and when irradiated with helium-cadmium (He-Cd) laser light of 325 nm, the response was 0.1 s or less, the photocurrent flowed 150 μA, and the light resistance was 10 +5 Ω.
It turned out to be on the order of cm. When on / off was repeated at high speed, it was found that there was a dynamic range of 3 digits or more. It was also found that the light quantity and the output current had a substantially linear relationship, and that the output was stable and could be used as a light receiving element even in continuous irradiation. This light receiving element did not respond under a light source containing no ultraviolet light and was able to detect ultraviolet light even in the presence of strong visible light. In addition, this membrane
Even when left in the air for months, no change was observed in the IR spectrum, indicating that the IR spectrum was stable in the air.

【0068】実施例6 基板温度を400 ℃とし高周波放電を100Wで行ったこと以
外は、実施例4と同じ条件で成膜を行った。成膜を60分
行い、0.2 μmのGaN:H 膜を作製した。このGaN:H 膜の
組成は、Ga/N比で0.98であり化学量論化となっていた。
水素は5原子%であった。IRスペクトル測定によっ
て、これらの水素はGa-H,N-HとしてこのGaN 膜中に含ま
れていることを確認した。作製した膜のIRスペクトル
を図11に示す。図11から分かるように、Ga-Hのピークは
2128cm-1,Ga-N のピークは558 cm-1であった。N-H とC-
H の吸光度の強度比、N-H とGa-Hの吸光度の強度比、さ
らにGa-NとGa-Hの吸光度の強度比はそれぞれ、∞と0.5
と11.4であった。また、Ga-N吸収ピークの半値幅は80cm
-1でシャープであり微結晶性であることがわかった。電
子線回折スペクトルではスポットパターンが検出でき微
結晶であることを示していた。光学ギャップは2.9eV で
あった。暗抵抗を測定したところ10+9Ωcmであり、ヘリ
ウム−カドミウム(He-Cd) レーザの 325nmの光を照射し
たところ、応答は0.1s以下で光電流は150 μA 流れ、明
抵抗は10+5Ωcm台までになることがわかった。高速でon
/offを繰り返したところ3桁以上のダイナミックレンジ
があることがわかった。また光量と出力電流はほぼ一次
の関係にあり、また連続照射においても出力は安定で受
光素子としてつかえることがわかった。この受光素子は
紫外光を含まない光源のもとでは応答せず強い可視光の
存在下でも紫外光の検出が可能であった。さらに、この
膜は12ヵ月大気中に放置することによっても、IRス
ペクトルにおいて、変化が見られず、大気中でも安定で
あることが分かった。
Example 6 A film was formed under the same conditions as in Example 4 except that the substrate temperature was 400 ° C. and high-frequency discharge was performed at 100 W. Film formation was performed for 60 minutes to produce a 0.2 μm GaN: H 2 film. The composition of this GaN: H 2 film was 0.98 in Ga / N ratio and was stoichiometric.
Hydrogen was 5 atomic%. By IR spectrum measurement, it was confirmed that these hydrogens were contained in the GaN film as Ga-H, NH. FIG. 11 shows the IR spectrum of the formed film. As can be seen from FIG. 11, the Ga-H peak is
2128cm -1, a peak of the Ga-N was 558 cm -1. NH and C-
The intensity ratio of the absorbance of H, the intensity ratio of the absorbance of NH and Ga-H, and the intensity ratio of the absorbance of Ga-N and Ga-H are ∞ and 0.5, respectively.
And 11.4. The half width of the Ga-N absorption peak is 80 cm.
It was found to be sharp and microcrystalline at -1 . The electron diffraction spectrum showed that a spot pattern could be detected and the crystal was microcrystalline. The optical gap was 2.9 eV. The dark resistance was measured to be 10 +9 Ωcm, and when irradiated with a helium-cadmium (He-Cd) laser at 325 nm, the response was 0.1 s or less, the photocurrent flowed 150 μA, and the light resistance was 10 +5 It turned out to be on the order of Ωcm. Fast and on
When / off was repeated, it was found that there was a dynamic range of 3 digits or more. Further, it was found that the light quantity and the output current had a substantially linear relationship, and that the output was stable and could be used as a light receiving element even in continuous irradiation. This light receiving element did not respond under a light source containing no ultraviolet light and was able to detect ultraviolet light even in the presence of strong visible light. Furthermore, even when this film was left in the air for 12 months, no change was observed in the IR spectrum, indicating that the film was stable in the air.

【0069】実施例7 図2に示す製造装置を用い、洗浄したAl基板、石英基
板、Siウェハーを基板ホルダー3に載せ、排気口2を介
して容器1内を真空排気後、ヒーター4により基板を25
0 ℃に加熱した。窒素ガスをガス導入管9より直径25mm
の石英管5内に1000sccm導入し、マイクロ導波管8を介
して2.45 GHzのマイクロ波を出力250Wにセットし、チュ
ーナでマッチングを取り、第一のプラズマ放電を行っ
た。この時の反射波は0Wであった。水素ガスはガス導入
管10より直径30mmの石英管6内に 200sccm導入した。2.
45GHz のマイクロ波の出力を100Wにセットし、第二のプ
ラズマ放電を行った。反射波は0Wであった。この状態で
ガス導入管12より0℃で保持されたトリメチルガリウム
(TMGa)の蒸気を、水素をキャリアガスとして用い、バ
ブリングしながらマスフローコントローラーを通して 1
sccm導入した。この時バラトロン真空計で測定した反応
圧力は66.5Paであった。成膜を30分行い、0.2 μmのGa
N:H 膜を作製した。
Example 7 Using the manufacturing apparatus shown in FIG. 2, a cleaned Al substrate, a quartz substrate, and a Si wafer were placed on a substrate holder 3, and the inside of the container 1 was evacuated through an exhaust port 2. 25
Heated to 0 ° C. Nitrogen gas is 25mm in diameter from the gas inlet tube 9.
1000 sccm was introduced into the quartz tube 5, and a microwave of 2.45 GHz was set to 250 W output through the micro waveguide 8, matching was performed with a tuner, and a first plasma discharge was performed. The reflected wave at this time was 0W. Hydrogen gas was introduced from the gas introduction tube 10 into the quartz tube 6 having a diameter of 30 mm at 200 sccm. 2.
The microwave output of 45 GHz was set to 100 W and a second plasma discharge was performed. The reflected wave was 0W. In this state, trimethylgallium (TMGa) vapor held at 0 ° C. from the gas introduction pipe 12 is passed through a mass flow controller while bubbling using hydrogen as a carrier gas.
sccm was introduced. At this time, the reaction pressure measured with a Baratron vacuum gauge was 66.5 Pa. Film formation is performed for 30 minutes, and 0.2 μm Ga
An N: H film was prepared.

【0070】このa-GaN:H 膜と同時にSi基板上に作製し
た膜の組成をRBS(ラザフォード・バック・スキャタ
リング)にて測定したところ、Ga/N比は0.98でほぼ化学
量論比となっていた。またHFS測定による水素は25原
子%であった。IRスペクトル測定によって、これらの
水素はGa-H,N-HとしてこのGaN 膜中に含まれていること
を確認した。作製した膜のIRスペクトルを図12に示
す。図12から分かるように、Ga-H,Ga-N の結合による吸
収ピークはそれぞれ、2100cm-1と 550cm-1であり、N-H
とC-H の吸光度の強度比、N-H とGa-Hの吸光度の強度
比、さらにGa-NとGa-Hの吸光度の強度比はそれぞれ、11
と0.42と2.5 であった。また、Ga-N吸収ピークの半値幅
は 190cm-1とブロードであり、非晶質であることがわか
った。また、電子線回折スペクトルでもハローパターン
しか検出できず非晶質であることを示していた。
When the composition of the film formed on the Si substrate simultaneously with the a-GaN: H film was measured by RBS (Rutherford Back Scattering), the Ga / N ratio was 0.98 and almost the stoichiometric ratio. Had become. In addition, hydrogen was 25 atomic% by HFS measurement. By IR spectrum measurement, it was confirmed that these hydrogens were contained in the GaN film as Ga-H, NH. FIG. 12 shows the IR spectrum of the formed film. As can be seen from FIG. 12, the absorption peaks due to Ga-H and Ga-N bonds are 2100 cm −1 and 550 cm −1 , respectively, and NH
The intensity ratio of the absorbances of CH and CH, the intensity ratio of the absorbance of NH and Ga-H, and the intensity ratio of the absorbance of Ga-N and Ga-H are 11
And 0.42 and 2.5. Further, the half width of the Ga-N absorption peak was as broad as 190 cm -1 , indicating that it was amorphous. In addition, only a halo pattern could be detected in the electron diffraction spectrum, indicating that the sample was amorphous.

【0071】暗抵抗を測定したところ10+15 Ωcmであ
り、ヘリウム−カドミウム(He-Cd) レーザの 325nmの光
を照射したところ、応答は0.1s以下で光電流は 1μA 流
れ、高速でon/offを繰り返したところ3桁以上のダイナ
ミックレンジがあることがわかった。また、光量と出力
電流は、ほぼ一次の関係にあり、また連続照射において
も出力は安定で光検出器として使用できることがわかっ
た。この検出器は紫外光を含まない光源のもとでは応答
せず強い可視光の存在下でも紫外光の検出も可能であっ
た。さらに、この膜は12ヵ月大気中に放置することに
よっても、IRスペクトルにおいて、変化が見られず、
大気中でも安定であることが分かった。
The dark resistance was measured to be 10 +15 Ωcm, and when a helium-cadmium (He-Cd) laser of 325 nm was irradiated, the response was 0.1 s or less and the photocurrent flowed 1 μA. When off was repeated, it was found that there was a dynamic range of 3 digits or more. In addition, it was found that the light quantity and the output current had a substantially linear relationship, and that the output was stable and could be used as a photodetector even in continuous irradiation. This detector did not respond under a light source containing no ultraviolet light and was able to detect ultraviolet light even in the presence of strong visible light. Further, even when this film was left in the air for 12 months, no change was observed in the IR spectrum.
It was found to be stable in the atmosphere.

【0072】実施例8 シランガスをガス導入管12より直径30mmの石英管6内に
水素ガスとともに1000sccm導入し、GaN に対し500ppmの
濃度になるようにした以外は、実施例6と同じ条件で、
ITO基板の上に作製した膜に金(Au)電極を真空蒸着し
て光導電性を測定した。表面での吸収が支配的になる低
圧水銀灯の254nmの光で露光しITO側に正電位と負電
位を印加した時の光電流は負電位の場合が正電位の場合
より100倍多く流れることが分かり、n型となっている
ことが示された。
Example 8 The same conditions as in Example 6 were adopted except that silane gas was introduced into the quartz tube 6 having a diameter of 30 mm from the gas introduction tube 12 together with hydrogen gas at a flow rate of 1000 sccm so that the concentration became 500 ppm with respect to GaN.
A gold (Au) electrode was vacuum-deposited on the film formed on the ITO substrate, and the photoconductivity was measured. When a positive voltage and a negative voltage are applied to the ITO side after exposure with 254 nm light from a low-pressure mercury lamp where absorption on the surface is dominant, the photocurrent at the negative voltage can flow 100 times more at the negative voltage than at the positive voltage. As a result, it was shown that it was an n-type.

【0073】実施例9 50℃で保持したビスシクロペンタジエニルを、ガス導入
管12より直径30mmの石英管6内に水素ガスとともに1000
sccm導入し、GaN に対し1000ppm の濃度になるようにし
た以外は、実施例6と同じ条件で、ITO基板の上に作
製した膜に金(Au)電極を真空蒸着して光導電性を測定し
た。表面での吸収が支配的になる低圧水銀灯の254 nmの
光で露光しITO側に正電位と負電位を印加した時の光
電流は正電位の場合が負電位の場合より多く流れること
が分かり、p型となっていることが示された。
Example 9 Biscyclopentadienyl kept at 50 ° C. was introduced together with hydrogen gas into a quartz tube 6 having a diameter of 30 mm from a gas introduction tube 12 together with hydrogen gas.
A gold (Au) electrode was vacuum-deposited on the film formed on the ITO substrate under the same conditions as in Example 6 except that sccm was introduced and the concentration was 1000 ppm with respect to GaN, and the photoconductivity was measured. did. It can be seen that the photocurrent when exposed to 254 nm light from a low-pressure mercury lamp where absorption on the surface is dominant and a positive potential and a negative potential are applied to the ITO side flows more when the positive potential is applied than when the negative potential is applied. , P-type.

【0074】実施例10 膜作製の時間を5時間まで長くした以外は、実施例1と
同じ条件で、Al基板の上に、5μmのa-GaN:H 膜を作製
し、電子写真特性を測定した。−5kV のコロトロンで帯
電させ、キセノン−水銀 (Xe-Hg)ランプを用いて光照射
したところ光照射前は−100Vに帯電していたものが、光
照射後は0Vとなり、電子写真感光体として使用できるこ
とが分かった。
Example 10 A 5 μm a-GaN: H film was formed on an Al substrate under the same conditions as in Example 1 except that the time for film formation was extended to 5 hours, and the electrophotographic characteristics were measured. did. When charged with a −5 kV corotron and irradiated with light using a xenon-mercury (Xe-Hg) lamp, it was charged to −100 V before light irradiation, but became 0 V after light irradiation. I found it could be used.

【0075】実施例11 実施例2と同じ条件で、Al基板の上に、0.25μmのInGa
N:H 膜を作製し、この上にポリカーボネートにトリメチ
ルアミン系の電荷輸送剤を40重量%分散した膜を10μm
塗布乾燥して形成し、電子写真特性を測定した。回転さ
せながら−5kV のコロトロンで帯電させ、キセノンラン
プを用いて光照射したところ光照射前は−500Vに帯電し
ていたものが、光照射後は−20V となり、電子写真感光
体として使用できることが分かった。
Embodiment 11 Under the same conditions as in Embodiment 2, a 0.25 μm InGa
An N: H 2 film was prepared, and a film obtained by dispersing a 40% by weight of a trimethylamine-based charge transporting agent in polycarbonate was 10 μm thick.
It was formed by coating and drying, and the electrophotographic characteristics were measured. When charged with a -5 kV corotron while rotating, and irradiated with light using a xenon lamp, it was charged at -500 V before light irradiation, but became -20 V after light irradiation, and it can be used as an electrophotographic photosensitive member. Do you get it.

【0076】実施例12 実施例1と同じ条件で、Al基板の上に、0.25μmのInGa
N:H 膜を作製し、この上に実施例10と同じ条件で、5
μmのa-GaN:H膜を形成し、電子写真特性を測定した。
回転させながら−5kV のコロトロンで帯電させ、キセノ
ンランプと干渉フィルターを用いて500nmの光を照射し
たところ、光照射前は−90V に帯電していたものが光照
射後は−0Vとなり、電子写真感光体として使用できるこ
とが分かった。
Example 12 Under the same conditions as in Example 1, a 0.25 μm InGa
An N: H film was prepared, and a 5: 1 film was formed thereon under the same conditions as in Example 10.
An a-GaN: H film having a thickness of μm was formed, and electrophotographic characteristics were measured.
When charged with a -5 kV corotron while rotating, and irradiated with 500 nm light using a xenon lamp and an interference filter, those charged to -90 V before light irradiation became -0 V after light irradiation, and It turned out that it can be used as a photoreceptor.

【0077】実施例13 実施例4と同じ条件で、ITO基板の上に膜を形成し
た。この膜に金(Au)電極を蒸着して、電圧を1.0Vから−
0.5Vまで変化させ、キセノン−水銀 (Xe-Hg)ランプの光
を石英製レンズで集光してITO側から照射し、光電流
を測定した結果、0Vにおいて1.5 μA の光電流が流れ
た。また0.5Vで光電流は0Aとなり、電圧としては0.5Vが
得られることが分かり、この素子は光起電力素子として
使用可能であることが示された。
Example 13 A film was formed on an ITO substrate under the same conditions as in Example 4. A gold (Au) electrode was deposited on this film, and the voltage was increased from 1.0 V to −
The voltage was changed to 0.5 V, the light of a xenon-mercury (Xe-Hg) lamp was condensed by a quartz lens, irradiated from the ITO side, and the photocurrent was measured. As a result, a photocurrent of 1.5 μA flowed at 0 V. It was also found that the photocurrent was 0 A at 0.5 V and 0.5 V was obtained as a voltage, indicating that this device can be used as a photovoltaic device.

【0078】実施例14 実施例3と同じ条件で、ITO基板の上に膜を形成し
た。この膜に金(Au)電極を蒸着して、電圧を1.0Vから−
0.5Vまで変化させ、キセノン−水銀 (Xe-Hg)ランプの光
を石英製レンズで集光して照射し、光電流を測定した結
果、0Vにおいて10μA の光電流が流れた。また0.5Vで光
電流は0Aとなり、電圧としては0.5Vが得られることが分
かり、この素子は光起電力素子として使用可能であるこ
とが示された。
Example 14 A film was formed on an ITO substrate under the same conditions as in Example 3. A gold (Au) electrode was deposited on this film, and the voltage was increased from 1.0 V to −
The voltage was changed to 0.5 V, the light of a xenon-mercury (Xe-Hg) lamp was condensed and irradiated by a quartz lens, and the photocurrent was measured. As a result, a photocurrent of 10 μA flowed at 0 V. It was also found that the photocurrent was 0 A at 0.5 V and 0.5 V was obtained as a voltage, indicating that this device can be used as a photovoltaic device.

【0079】実施例15 実施例8、実施例9と同じ条件で、ITO基板の上に、
2層の膜を積層し、0.2 μmのpn型の光起電力素子形
成した。この膜に金(Au)電極を蒸着して、電圧を1.0Vか
ら−0.5Vまで変化させ、キセノン−水銀 (Xe-Hg)ランプ
の光を石英製レンズで集光して照射し、光電流を測定し
た結果、0Vにおいて15μA の光電流が流れた。また0.8V
で光電流は0Aとなり、電圧としては0.8Vが得られること
が分かり、この素子は光起電力素子として使用可能であ
ることが示された。
Example 15 Under the same conditions as in Examples 8 and 9, on an ITO substrate,
Two layers were stacked to form a 0.2 μm pn-type photovoltaic element. A gold (Au) electrode was deposited on this film, the voltage was changed from 1.0 V to -0.5 V, and the light of a xenon-mercury (Xe-Hg) lamp was condensed and irradiated with a quartz lens, and the photocurrent was As a result, a photocurrent of 15 μA flowed at 0 V. 0.8V
As a result, it was found that the photocurrent was 0 A, and a voltage of 0.8 V was obtained, indicating that this device could be used as a photovoltaic device.

【0080】実施例1〜7と比較例1,2とから、本発
明の非単結晶光半導体は、大気中でも安定であり、紫外
光導電特性、可視光導電特性、および高速応答性に優れ
ていることが分かる。また、実施例4〜6から、微結晶
の含有量が増えると、暗抵抗の値が下がり、流れる光電
流の量が増加することが分かる。また、実施例8〜15か
ら、本発明の非単結晶光半導体は、電子写真感光体、光
起電力素子として使用できることが分かる。
From Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2, the non-single-crystal optical semiconductor of the present invention is stable even in the air, and has excellent ultraviolet photoconductive properties, visible light conductive properties, and high-speed response. You can see that there is. Examples 4 to 6 also show that as the content of microcrystals increases, the value of dark resistance decreases and the amount of flowing photocurrent increases. Examples 8 to 15 show that the non-single-crystal optical semiconductor of the present invention can be used as an electrophotographic photosensitive member and a photovoltaic element.

【0081】[0081]

【発明の効果】本発明の本発明の非単結晶光半導体は、
従来の非晶質や微結晶のIII -V族化合物半導体の欠点を
改善し、優れた光導電特性と高速応答性を有し、ゴース
トや疲労のなく高速応答性かつ経時安定性に優れ、耐環
境特性や耐高温度特性を備え、また紫外領域から可視全
域での高変換効率で光電変換が可能であるという優れた
効果を示した。また、本発明の非単結晶光半導体は、光
学ギャップが赤色から紫外までの全領域にて可変であ
り、高光透過性と低暗伝導率と高光感度により可視から
紫外域までのはば広い光の有効利用が可能となる。ま
た、本発明の非単結晶光半導体の応用により、耐光性、
耐熱性、耐酸化性にすぐれ高速応答が可能な、電子写真
感光体、高効率太陽電池、高速TFT、高機能受光素子等
が実現できる。さらに、本発明の非晶質あるいは微結晶
からなる非単結晶光半導体は、低温でかつ安全に作製す
ることができるため低コストで高機能な素子を作製でき
る。
According to the present invention, the non-single-crystal optical semiconductor of the present invention comprises:
It improves the shortcomings of conventional amorphous and microcrystalline III-V compound semiconductors, has excellent photoconductive properties and high-speed response, and has excellent high-speed response and aging stability without ghost and fatigue. It has excellent characteristics that it has environmental characteristics and high temperature resistance, and can perform photoelectric conversion with high conversion efficiency in the entire range from the ultraviolet region to the visible region. In addition, the non-single-crystal optical semiconductor of the present invention has an optical gap that is variable in the entire region from red to ultraviolet, and has a wide light range from visible to ultraviolet due to high light transmittance, low dark conductivity, and high light sensitivity. Can be used effectively. In addition, by applying the non-single-crystal optical semiconductor of the present invention, light resistance,
An electrophotographic photoreceptor, a high-efficiency solar cell, a high-speed TFT, a high-performance light-receiving element, etc., which are excellent in heat resistance and oxidation resistance and can respond at high speed, can be realized. Furthermore, the non-single-crystal optical semiconductor of the present invention, which is made of an amorphous or microcrystalline semiconductor, can be manufactured safely at a low temperature, so that a high-performance device can be manufactured at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1で作製した膜のIRスペクトルを示す
スペクトル図である。
FIG. 1 is a spectrum diagram showing an IR spectrum of a film produced in Example 1.

【図2】プラズマ活性化MOCVD法に用いる装置の概
略図である。
FIG. 2 is a schematic view of an apparatus used for a plasma-activated MOCVD method.

【図3】実施例1で作製した膜の光照射on/off時の電流
の変化を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a change in current at the time of light irradiation on / off of a film manufactured in Example 1.

【図4】比較例1で作製した膜のIRスペクトルを示す
スペクトル図である。
FIG. 4 is a spectrum diagram showing an IR spectrum of a film produced in Comparative Example 1.

【図5】比較例2で作製した膜のIRスペクトルを示す
スペクトル図である。
FIG. 5 is a spectrum diagram showing an IR spectrum of a film produced in Comparative Example 2.

【図6】実施例2で作製した膜のIRスペクトルを示す
スペクトル図である。
FIG. 6 is a spectrum diagram showing an IR spectrum of a film produced in Example 2.

【図7】実施例3で作製した膜のIRスペクトルを示す
スペクトル図である。
FIG. 7 is a spectrum diagram showing an IR spectrum of a film produced in Example 3.

【図8】実施例4で作製した膜のIRスペクトルを示す
スペクトル図である。
FIG. 8 is a spectrum diagram showing an IR spectrum of a film produced in Example 4.

【図9】実施例4で作製した膜の電子線回折スペクトル
を示すスペクトル図である。
FIG. 9 is a spectrum diagram showing an electron diffraction spectrum of a film produced in Example 4.

【図10】実施例5で作製した膜のIRスペクトルを示
すスペクトル図である。
FIG. 10 is a spectrum diagram showing an IR spectrum of a film produced in Example 5.

【図11】実施例6で作製した膜のIRスペクトルを示
すスペクトル図である。
FIG. 11 is a spectrum diagram showing an IR spectrum of a film produced in Example 6.

【図12】実施例7で作製した膜のIRスペクトルを示
すスペクトル図である。
FIG. 12 is a spectrum diagram showing an IR spectrum of a film produced in Example 7.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 真空容器 2 排気口 3 基板ホルダー 4 ヒーター 5,6 石英管 7 高周波コイル 8 マイクロ導波管 9 〜12 ガス導入管 1 Vacuum container 2 Exhaust port 3 Substrate holder 4 Heater 5,6 Quartz tube 7 High frequency coil 8 Micro waveguide 9-12 Gas introduction tube

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも水素と周期律表におけるIII
族元素と窒素とを含む非単結晶光半導体であって、該非
単結晶光半導体の赤外吸収スペクトルの、窒素と水素と
の結合を示す吸収ピーク(N-H) と、炭素と水素との結合
を示す吸収ピーク(C-H) との、吸光度の比IN-H /I
C-H が3以上であり、かつ、窒素と水素との結合を示す
吸収ピーク(N-H) と、III 族元素と水素との結合を示す
吸収ピーク(III -H)との、吸光度の比IN-H /I
III-H が0.05以上であり、かつ、III族元素と窒素との
結合を示す吸収ピーク(III -N)と、III 族元素と水素
との結合を示す吸収ピーク(III -H)との、吸光度の比
III-N /IIII-H が1.5 以上であり、かつ、吸収ピー
ク(III -N)が単一状の吸収帯で、かつ、吸収ピーク
(III -N)の半値幅が250 cm-1以下であることを特徴と
する非単結晶光半導体。
1. At least hydrogen and III in the periodic table
A non-single-crystal optical semiconductor containing a group element and nitrogen, wherein an infrared absorption spectrum of the non-single-crystal optical semiconductor has an absorption peak (NH) indicating a bond between nitrogen and hydrogen, and a bond between carbon and hydrogen. Ratio of absorbance to indicated absorption peak (CH) I NH / I
The ratio of the absorbance I NH / of the absorption peak (NH) indicating a bond between nitrogen and hydrogen, where CH is 3 or more, and the absorption peak (III-H) indicating a bond between a group III element and hydrogen. I
III-H is 0.05 or more, and the absorption peak (III-N) indicating the bond between group III element and nitrogen and the absorption peak (III-H) indicating the bond between group III element and hydrogen, The absorbance ratio I III-N / I III-H is 1.5 or more, the absorption peak (III-N) is a single absorption band, and the half width of the absorption peak (III-N) is 250. A non-single-crystal optical semiconductor having a size of cm -1 or less.
【請求項2】 前記水素が、0.5 原子%以上50原子%
以下の範囲で含まれることを特徴とする請求項1に記載
の非単結晶光半導体。
2. The method according to claim 1, wherein the hydrogen content is at least 0.5 atomic% and at least 50 atomic%
The non-single-crystal optical semiconductor according to claim 1, which is included in the following range.
【請求項3】 前記周期律表におけるIII 族元素の原子
数の総和xと窒素の原子数yの比が、1.0:0.5 から1.0:
2.0 の間にあることを特徴とする請求項1または2に記
載の非単結晶光半導体。
3. The ratio of the total number x of atoms of group III elements to the number y of nitrogen in the periodic table is from 1.0: 0.5 to 1.0: 1.0.
The non-single-crystal optical semiconductor according to claim 1, wherein the value is between 2.0 and 2.0.
【請求項4】 前記周期律表におけるIII 族元素が、A
l,Ga,Inからなる群から選ばれる少なくとも一種である
ことを特徴とする請求項1から3までのいずれか一項に
記載の非単結晶光半導体。
4. A group III element in the periodic table, wherein A
The non-single-crystal optical semiconductor according to any one of claims 1 to 3, wherein the non-single-crystal optical semiconductor is at least one selected from the group consisting of l, Ga, and In.
【請求項5】 C,Si,Ge,Snからなる群から選ばれた少な
くとも一つ以上の元素を、更に含むことを特徴とする請
求項1から4までのいずれか一項に記載の非単結晶光半
導体。
5. The non-monolithic device according to claim 1, further comprising at least one element selected from the group consisting of C, Si, Ge, and Sn. Crystal optical semiconductor.
【請求項6】 Be,Mg,Ca,Zn,Srからなる群から選ばれた
少なくとも1つ以上の元素を、更に含むことを特徴とす
る請求項1から5までのいずれか一項に記載の非単結晶
光半導体。
6. The method according to claim 1, further comprising at least one element selected from the group consisting of Be, Mg, Ca, Zn, and Sr. Non-single crystal optical semiconductor.
【請求項7】 窒素を含む化合物を活性化した活性種
と、周期律表におけるIII 族元素を含む有機金属化合物
とを、活性化水素を含む雰囲気下で、反応させることを
特徴とする非単結晶光半導体の製造方法。
7. A non-single unit comprising reacting an active species having activated a compound containing nitrogen and an organometallic compound containing a Group III element in the periodic table in an atmosphere containing activated hydrogen. A method for manufacturing a crystalline optical semiconductor.
【請求項8】 前記活性化水素が、水素を含む化合物を
活性化することにより供給されることを特徴とする請求
項7に記載の非単結晶光半導体の製造方法。
8. The method for producing a non-single-crystal optical semiconductor according to claim 7, wherein the activated hydrogen is supplied by activating a compound containing hydrogen.
【請求項9】 前記活性化水素が、有機金属化合物を活
性化することにより供給されることを特徴とする請求項
8に記載の非単結晶光半導体の製造方法。
9. The method for producing a non-single-crystal optical semiconductor according to claim 8, wherein the activated hydrogen is supplied by activating an organometallic compound.
【請求項10】 活性化手段として、高周波放電および/
またはマイクロ波放電を利用することを特徴とする請求
項7から9までのいずれか一項に記載の非単結晶光半導
体の製造方法。
A high-frequency discharge and / or an activating means.
10. The method for manufacturing a non-single-crystal optical semiconductor according to claim 7, wherein a microwave discharge is used.
【請求項11】 前記周期律表におけるIII 族元素を含む
有機金属化合物の少なくとも一種以上を、前記活性化手
段の下流側から導入することを特徴とする請求項10に記
載の非単結晶光半導体の製造方法。
11. The non-single-crystal optical semiconductor according to claim 10, wherein at least one or more organometallic compounds containing a group III element in the periodic table are introduced from a downstream side of the activating means. Manufacturing method.
【請求項12】 請求項1から6までのいずれか一項に記
載の非単結晶光半導体を、少なくとも構成材料の一つと
して用いたことを特徴とする電子写真感光体。
12. An electrophotographic photosensitive member, wherein the non-single-crystal optical semiconductor according to claim 1 is used as at least one of constituent materials.
【請求項13】 請求項1から6までのいずれか一項に記
載の非単結晶光半導体を、電荷発生層として用いたこと
を特徴とする請求項12に記載の電子写真感光体。
13. The electrophotographic photoreceptor according to claim 12, wherein the non-single-crystal optical semiconductor according to claim 1 is used as a charge generation layer.
【請求項14】 請求項1から6までのいずれか一項に記
載の非単結晶光半導体を、電荷輸送層として用いたこた
を特徴とする請求項12または13に記載の電子写真感光
体。
14. The electrophotographic photoreceptor according to claim 12, wherein the non-single-crystal optical semiconductor according to claim 1 is used as a charge transport layer.
【請求項15】 請求項1から6までのいずれか一項に記
載の非単結晶光半導体を、表面層として用いたことを特
徴とする請求項12から14までのいずれか一項に記載の電
子写真感光体。
15. The method according to claim 12, wherein the non-single-crystal optical semiconductor according to claim 1 is used as a surface layer. Electrophotographic photoreceptor.
【請求項16】 導電性基板上に、請求項1から6までの
いずれか一項に記載の非単結晶光半導体を、少なくとも
一層、積層してなることを特徴とする光起電力素子。
16. A photovoltaic element comprising a non-single-crystal optical semiconductor according to any one of claims 1 to 6 laminated on a conductive substrate.
【請求項17】 導電性基板上に、請求項1から6までの
いずれか一項に記載の非単結晶光半導体を、少なくとも
一層、積層してなることを特徴とする受光素子。
17. A light-receiving element comprising at least one layer of the non-single-crystal optical semiconductor according to claim 1 on a conductive substrate.
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